DE102012103426B4

DE102012103426B4 - Energieabsorptionsvorrichtung und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102012103426B4
Application number: DE102012103426.5A
Authority: DE
Inventors: Simon Brückmann; Michael Zimmermann; Elmar Beeh; Gerhard Kopp
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2012-04-19
Filing date: 2012-04-19
Publication date: 2018-03-08
Anticipated expiration: 2032-04-20
Also published as: DE102012103426A1

Abstract

Energieabsorptionsvorrichtung (100), umfassend: – mindestens zwei Schichten (112), welche jeweils mehrere Energieabsorptionselemente (102) umfassen, – ein Adapterelement (104), welches zwischen den mindestens zwei Schichten (112) angeordnet ist, und – eine Zerspanungsvorrichtung (114) und/oder Zerteilungsvorrichtung, mittels welcher mindestens ein Energieabsorptionselement (102) zur Absorption von Energie zerspanbar und/oder zerteilbar ist, wobei die Zerspanungsvorrichtung (114) und/oder Zerteilungsvorrichtung durch das Adapterelement (104) gebildet ist, in das Adapterelement (104) integriert ist und/oder austauschbar mit dem Adapterelement (104) verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energieabsorptionsvorrichtung.
Energieabsorptionsvorrichtungen können beispielsweise an Fahrzeugen montiert werden, um im Falle eines Aufpralls des Fahrzeugs auf ein Hindernis gezielt Energie durch Verformung der Energieabsorptionsvorrichtung aufnehmen zu können.
Beispielsweise aus der DE 10 2007 020 896 A1 , der DE 10 2006 043 982 A1 und der DE 195 26 119 A1 sind Energieabsorptionsvorrichtung bekannt, umfassend eine Zerspanungsvorrichtung und/oder Zerteilungsvorrichtung, mittels welcher mindestens ein Energieabsorptionselement zur Absorption von Energie zerspanbar und/oder zerteilbar ist. Die DE 24 60 598 A1 offenbart eine Energieabsorptionsvorrichtung, umfassend mindestens zwei Schichten, welche jeweils mehrere Energieabsorptionselemente umfassen, sowie ein Adapterelement.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energieabsorptionsvorrichtung bereitzustellen, welche eine zuverlässige und gleichmäßige Energieaufnahme ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale von Anspruch 1 gelöst.
Dadurch, dass zwischen den mindestens zwei Schichten ein Adapterelement angeordnet ist, kann in die Energieabsorptionsvorrichtung eingeleitete Energie, insbesondere Crash-Energie, innerhalb der Energieabsorptionsvorrichtung verteilt werden. Insbesondere kann die eingeleitete Energie auf sämtliche Energieabsorptionselemente mindestens einer Schicht verteilt werden.
Unter einem Absorbieren von Energie ist in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen insbesondere die Umwandlung von Bewegungsenergie zu verstehen. Die Bewegungsenergie wird dabei insbesondere durch das Leisten von Verformungsarbeit, durch Zerspanen und/oder Zerteilen und/oder die Erzeugung von Wärme absorbiert.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Energieabsorptionsvorrichtung eine Zerspanungsvorrichtung und/oder Zerteilungsvorrichtung umfasst, mittels welcher mindestens ein Energieabsorptionselement zur Absorption von Energie zerspanbar bzw. zerteilbar ist. Auf diese Weise kann eine große Energiemenge mittels eines Energieabsorptionselements absorbiert werden.
Vorteilhaft kann es sein, wenn mittels der Zerspanungsvorrichtung und/oder der Zerteilungsvorrichtung mindestens ein bezüglich einer Energieeinleitungsrichtung der Energieabsorptionsvorrichtung vor dem Adapterelement angeordnetes Energieabsorptionselement zerspanbar bzw. zerteilbar ist.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann jedoch auch vorgesehen sein, dass mittels der Zerspanungsvorrichtung und/oder der Zerteilungsvorrichtung mindestens ein bezüglich der Energieeinleitungsrichtung nach dem Adapterelement angeordnetes Energieabsorptionselement zerspanbar bzw. zerteilbar ist.
Erfindungsgemäß ist die Zerspanungsvorrichtung und/oder die Zerteilungsvorrichtung durch das Adapterelement gebildet, in das Adapterelement integriert und/oder austauschbar mit dem Adapterelement verbunden.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Adapterelement mindestens eine Aufnahme für mindestens ein Zerspanungselement der Zerspanungsvorrichtung und/oder für mindestens ein Zerteilungselement der Zerteilungsvorrichtung umfasst. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass das Adapterelement mindestens eine mit einem Gewinde versehene Aufnahme umfasst, in welche beispielsweise ein als Zerspanungsring ausgebildetes Zerspanungselement einschraubbar ist.
Mindestens ein Zerspanungselement und/oder mindestens ein Zerteilungselement ist vorzugsweise lösbar an dem Adapterelement festlegbar. Hierdurch ist das mindestens eine Zerspanungselement bzw. das mindestens eine Zerteilungselement besonders einfach austauschbar. Auch nach der Einleitung von Energie in die Energieabsorptionsvorrichtung, wobei Energie durch Zerspanen und/oder Zerteilen mindestens eines Energieabsorptionselements absorbiert wurde, kann das Adapterelement wiederverwendet werden, indem vorzugsweise lediglich die Zerspanungselemente und/oder Zerteilungselemente entfernt und durch neue ersetzt werden. Die gesamte Energieabsorptionsvorrichtung kann dabei vorzugsweise in einen Ausgangszustand zurückversetzt werden, indem auch die zerspanten, zerteilten und/oder deformierten Energieabsorptionselemente entfernt und durch neue ersetzt werden.
Die Energieabsorptionselemente sind vorzugsweise als Zerspanungselemente, Zerteilungselemente und/oder als Deformationselemente ausgebildet.
Günstig kann es sein, wenn mindestens zwei Energieabsorptionselemente unabhängig voneinander deformierbar sind.
Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass mindestens zwei Energieabsorptionselemente miteinander verbunden sind, so dass diese bei Krafteinleitung gemeinsam deformierbar sind.
Mindestens ein Energieabsorptionselement ist vorzugsweise lösbar an dem Adapterelement festlegbar oder festgelegt und/oder einzeln austauschbar.
Vorzugsweise sind sämtliche Energieabsorptionselemente der Energieabsorptionsvorrichtung lösbar an dem Adapterelement festlegbar oder festgelegt und/oder einzeln austauschbar.
Die mindestens zwei Schichten der Energieabsorptionsvorrichtung sind vorzugsweise bezüglich einer Energieeinleitungsrichtung hintereinander angeordnet.
Vorzugsweise sind die mindestens zwei Schichten bezüglich einer Energieeinleitungsrichtung so hintereinander angeordnet und ausgebildet, dass eine formstabile Schicht auf eine weniger formstabile Schicht folgt. Bei der Einleitung von Energie in die Energieabsorptionsvorrichtung kann auf diese Weise die Energie zunächst in die weniger formstabile Schicht zur Deformierung, Zerteilung und/oder zur Zerspanung der Energieabsorptionselemente in dieser weniger formstabilen Schicht eingeleitet werden. Erst nach der Deformation, insbesondere der Zerspanung und/oder Zerteilung, der Energieabsorptionselemente der weniger formstabilen Schicht, erfolgt dann eine Deformierung, Zerteilung und/oder Zerspanung der Energieabsorptionselemente der formstabileren Schicht.
Mindestens zwei Energieabsorptionselemente sind vorzugsweise im Wesentlichen baugleich.
Insbesondere weisen mindestens zwei Energieabsorptionselemente vorzugsweise die gleichen äußeren und/oder inneren Abmessungen auf und/oder sind aus demselben Material gebildet.
Vorzugsweise sind sämtliche Energieabsorptionselemente einer Schicht im Wesentlichen baugleich.
Ferner kann vorgesehen sein, dass sämtliche Energieabsorptionselemente der Energieabsorptionsvorrichtung im Wesentlichen baugleich sind.
Mindestens zwei Schichten umfassen vorzugsweise voneinander verschiedene Anzahlen von Energieabsorptionselementen. Auf diese Weise kann auch bei der Verwendung von baugleichen Energieabsorptionselementen eine Energieabsorptionsvorrichtung mit unterschiedlich formstabilen Schichten bereitgestellt werden.
Es kann jedoch auch vorteilhaft sein, wenn mindestens zwei Schichten identische Anzahlen von Energieabsorptionselementen umfassen.
Die Energieabsorptionsvorrichtung umfasst vorzugsweise mindestens zwei Adapterelemente und mindestens drei Schichten, welche jeweils mehrere Energieabsorptionselemente umfassen. Jeweils ein Adapterelement ist dabei vorzugsweise zwischen jeweils zwei Schichten angeordnet.
Mindestens ein Energieabsorptionselement ist vorzugsweise quer zu einer Längsachse der Energieabsorptionsvorrichtung ausgerichtet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mindestens ein Energieabsorptionselement schräg zu einer Längsachse der Energieabsorptionsvorrichtung ausgerichtet ist. Auf diese Weise kann auch quer bzw. schräg in die Energieabsorptionsvorrichtung eingeleitete Energie gezielt aufgenommen werden.
Vorzugsweise wird die quer bzw. schräg eingeleitete Energie mittels des mindestens einen Adapterelements und/oder einer Führungsvorrichtung umgeleitet, so dass die Energie im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Energieabsorptionsvorrichtung weitergeleitet wird.
Die Energieabsorptionsvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Führungsvorrichtung zum Führen des Adapterelements in einer im Wesentlichen parallel zu einer Längsachse der Energieabsorptionsvorrichtung verlaufenden Richtung. Insbesondere hierdurch kann eine quer, beispielsweise schräg, zu einer Längsachse der Energieabsorptionsvorrichtung eingeleitete Energie gleichmäßig auf eine hinter dem mittels der Führungsvorrichtung geführten Adapterelement angeordnete Schicht der Energieabsorptionsvorrichtung verteilt werden.
Vorteilhaft kann es sein, wenn das Adapterelement als ein Gussbauteil ausgebildet ist.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Adapterelement mehrere bezüglich einer Längsachse der Energieabsorptionsvorrichtung versetzt zueinander angeordnete Abschnitte umfasst. Auf diese Weise kann insbesondere ein gestuftes Adapterelement bereitgestellt werden.
Vorzugsweise sind an sämtlichen Abschnitten des Adapterelements, welche bezüglich einer Längsachse der Energieabsorptionsvorrichtung versetzt zueinander angeordnet sind, Energieabsorptionselemente angeordnet oder anordenbar.
Die erfindungsgemäße Energieabsorptionsvorrichtung eignet sich insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug.
Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch ein Fahrzeug, welches eine erfindungsgemäße Energieabsorptionsvorrichtung umfasst.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug kann beispielsweise als ein Schienenfahrzeug ausgebildet sein.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass mindestens eine Energieabsorptionsvorrichtung in einem bezüglich einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs vorderen Bereich des Fahrzeugs angeordnet ist.
Günstig kann es ferner sein, wenn mindestens eine Energieabsorptionsvorrichtung zwischen einem als Triebkopf ausgebildeten Fahrzeug und einem mittels des Triebkopfs bewegbaren Schienenwagen angeordnet ist. Mindestens eine Energieabsorptionsvorrichtung kann dabei an dem Triebkopf und/oder an dem Schienenwagen angeordnet sein.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Fahrzeug mindestens zwei Energieabsorptionsvorrichtungen umfasst, welche bezüglich einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu beiden Seiten einer zentralen Kupplungsvorrichtung des Fahrzeugs zum Kuppeln desselben mit einem weiteren Schienenfahrzeug angeordnet sind.
Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Energieabsorptionsvorrichtungen in Dämpfungsvorrichtungen des Fahrzeugs integriert sind. Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass die Energieabsorptionsvorrichtungen zusätzlich zur Dämpfungsvorrichtung des Fahrzeugs vorgesehen sind.
Grundsätzlich eignet sich die erfindungsgemäße Energieabsorptionsvorrichtung auch zur Verwendung in strassengebundenen Fahrzeugen, insbesondere in Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen.
Ferner können die erfindungsgemäße Energieabsorptionsvorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Fahrzeug einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen:
Die erfindungsgemäße Energieabsorptionsvorrichtung ermöglicht vorzugsweise eine Adaptierbarkeit der Kraft- oder Energieniveaus und die Verteilung angreifender Lasten, so dass die Verzögerung, welche auf die Fahrgäste wirkt, herabgesetzt werden kann. Ferner können vorzugsweise hohe Reparaturkosten vermieden werden. Vorzugsweise ist ein mehrstufiger Energieabsorptionsprozess realisierbar, bei welchem über mehrere gerade und/oder schräge Energieabsorptionselemente hinweg Energie aufnehmbar ist und angreifende Lasten verteilt werden können.
Als Energieabsorptionselemente können beispielsweise die Energieabsorptionselemente verwendet werden, welche in der DE 10 2007 020 896 A1 beschrieben sind.
Mittels der erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung können vorzugsweise seitlich oder vertikal versetzt auftretende Lasten verteilt und gleichmäßig mittels der Energieabsorptionsvorrichtung absorbiert werden.
Ferner ist vorzugsweise eine Integration eines Aufkletterschutzes und Hindernisräumers in einen Crash-Bereich möglich. Vorteilhaft kann es sein, wenn auch bei nicht symmetrischen Lasten eine gleichmäßige Lastverteilung möglich ist.
Vorzugsweise können auch hohe Maximallasten durch eine Lastverteilung und/oder eine Lastumleitung aufgenommen werden.
Die erfindungsgemäße Energieabsorptionsvorrichtung kann insbesondere an Bauraumgegebenheiten adaptiert werden.
Eine Energieabsorption mittels der Energieabsorptionselemente kann vorzugsweise durch Zerspanung, Zerteilung oder Deformation, insbesondere Falten und/oder Faltenbeulen, erfolgen.
Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung in Fahrzeugen kann eine Innenraumbeschleunigung durch anpassbare Deformationsstrecken und die Verteilung der deformierenden Energie reduziert werden.
Vorzugsweise wird durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung bei einem Fahrzeug das Kraft- und/oder Energieniveau bei einem Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis durch die Erhöhung und Anpassbarkeit der Kraft- und/oder Energieabsorptionsstrecke an die Rohbaustruktur angeglichen.
Mittels einer erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung kann vorzugsweise ein Entgleisungsrisiko bei Schienenfahrzeugen gesenkt werden, so dass sich ein höherer Insassenschutz ergibt.
Die erfindungsgemäße Energieabsorptionsvorrichtung ist insbesondere an bestehende Zug- und/oder LKW-Rohbaustrukturen anpassbar.
Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Energieabsorptionsvorrichtung kann vorzugsweise eine Massenreduktion eines Fahrzeugs realisiert werden, da die Anforderungen an die Rohbaustruktur gesenkt werden können.
Die erfindungsgemäße Energieabsorptionsvorrichtung weist vorzugsweise eine hohe Teilegleichheit und damit geringe Kosten auf.
Mittels mindestens eines Adapterelements wird vorzugweise eine eingeleitete Last gleichmäßig verteilt, so dass eine größere Energiemenge auf gleicher Deformationslänge aufnehmbar ist.
Vorzugsweise können Verzögerungsspitzenwerte reduziert werden.
Das erfindungsgemäße Fahrzeug kann beispielsweise als ein Güterzug und/oder als ein Personenzug ausgebildet sein.
Die erfindungsgemäße Energieabsorptionsvorrichtung kann beispielsweise als eine Crash-Box ausgebildet sein.
Ein Adapterelement kann beispielsweise plattenförmig ausgebildet sein. Vorzugsweise ist mindestens ein Adapterelement so ausgebildet, dass es im montierten Zustand der Energieabsorptionsvorrichtung an einem Fahrzeug zumindest abschnittsweise im Wesentlichen parallel zu einer tragenden Struktur des Fahrzeugs verläuft.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Seitendarstellung einer ersten Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung, bei welcher drei Schichten aus jeweils mehreren Energieabsorptionselementen vorgesehen sind, wobei zwischen jeweils zwei Schichten jeweils ein Adapterelement angeordnet ist;
2 eine schematische Draufsicht von vorne auf das Adapterelement zwischen der zweiten und der dritten Schicht der Energieabsorptionsvorrichtung aus 1;
3 eine vergrößerte Darstellung des Bereichs I in 1 zur Illustration der Funktionsweise einer Zerspanungsvorrichtung der Energieabsorptionsvorrichtung;
4 eine der 3 entsprechende vergrößerte Darstellung des Bereichs I in 1, wobei das Energieabsorptionselement teilweise zerspant wurde;
5 eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung, bei welcher ein gestuftes Adapterelement vorgesehen ist;
6 eine der 5 entsprechende, schematische Seitenansicht einer dritten Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung, bei welcher mehrere Energieabsorptionselemente schräg zu einer Längsachse der Energieabsorptionsvorrichtung ausgerichtet sind; und
7 eine schematische Darstellung eines als Schienenfahrzeug ausgebildeten Fahrzeugs, welches eine Energieabsorptionsvorrichtung umfasst.
Eine in den 1 bis 4 dargestellte erste Ausführungsform einer als Ganzes mit 100 bezeichneten Energieabsorptionsvorrichtung umfasst mehrere Energieabsorptionselemente 102 und zwei Adapterelemente 104.
Mittels der Energieabsorptionsvorrichtung 100 kann Energie, welche beispielsweise in einer Energieeinleitungsrichtung 106 in die Energieabsorptionsvorrichtung 100 eingeleitet wird, absorbiert werden, um eine bezüglich der Energieeinleitungsrichtung 106 hinter der Energieabsorptionsvorrichtung 100 angeordnete, zu schützende Struktur 108 zu schützen.
Die Energieeinleitungsrichtung 106 kann beispielsweise parallel zu einer Längsachse 110 der Energieabsorptionsvorrichtung 100 ausgerichtet sein.
Vorzugsweise sind dann auch die Energieabsorptionselemente 102 der Energieabsorptionsvorrichtung 100 im Wesentlichen parallel zur Längsachse 110 der Energieabsorptionsvorrichtung 100 ausgerichtet.
Die Energieabsorptionselemente 102 sind bei der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform der Energieabsorptionsvorrichtung 100 auf drei Schichten 112 der Energieabsorptionsvorrichtung 100 verteilt angeordnet.
Bezüglich der Energieeinleitungsrichtung 106 sind die Schichten 112 dabei hintereinanderliegend angeordnet, wobei die Adapterelemente 104 jeweils zwischen zwei Schichten 112 angeordnet sind.
Insbesondere ist dabei vorgesehen, dass eine erste Schicht 112a aus vier Energieabsorptionselementen 102 gebildet ist. Eine zweite Schicht 112b ist beispielsweise aus neun Energieabsorptionselementen 102 gebildet. Eine dritte Schicht 112c ist beispielsweise aus 16 Energieabsorptionselementen 102 gebildet.
Zwischen der ersten Schicht 112a und der zweiten Schicht 112b ist ein erstes Adapterelement 104a angeordnet.
Zwischen der zweiten Schicht 112b und der dritten Schicht 112c ist ein zweites Adapterelemente 104b angeordnet.
Die Energieabsorptionselemente 102 sind beispielsweise als Energieabsorptionsrohre ausgebildet und als solche im Wesentlichen hohlzylinderförmig. Die Rotationsachsen der Energieabsorptionselemente 112 verlaufen bei der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform der Energieabsorptionsvorrichtung 100 im Wesentlichen parallel zur Längsachse 110 der Energieabsorptionsvorrichtung 100.
Die Adapterelemente 104 sind beispielsweise als Adapterplatten ausgebildet und an den Enden der Energieabsorptionselemente 102 vorzugsweise lösbar mit denselben verbunden.
Mittels der Adapterelemente 104 ist vorzugsweise eine Zerspanungsvorrichtung 114 der Energieabsorptionsvorrichtung 100 gebildet, mittels welcher die Energieabsorptionselemente 102 zur Absorption von in die Energieabsorptionsvorrichtung 100 eingeleiteter Energie zerspant werden können.
Die Energieabsorptionsvorrichtung 100 umfasst ferner eine Führungsvorrichtung 116, mittels welcher die Adapterelemente 104 längs der Längsachse 110 der Energieabsorptionsvorrichtung 100 geführt werden können. Insbesondere dann, wenn die Energieeinleitungsrichtung 106 nicht parallel zur Längsachse 110 der Energieabsorptionsvorrichtung 100 ist, sondern vielmehr Energie schräg zur Längsachse 110 der Energieabsorptionsvorrichtung 100 in dieselbe eingeleitet wird, so kann mittels der Führungsvorrichtung 116 gewährleistet werden, dass die Energieabsorptionselemente 102 nicht einfach seitlich wegknicken, sondern noch immer eine Bewegung längs der Längsachse 110 gewährleistet ist und somit noch immer Energie durch Zerspanen der Energieabsorptionselemente 102 absorbiert werden kann.
Wie der in 2 dargestellten Draufsicht auf das zweite Adapterelement 104b zu entnehmen ist, umfasst das Adapterelement 104 neun Aufnahmen 118 zur Aufnahme von Energieabsorptionselementen 102.
Wie insbesondere der vergrößerten Darstellung des Bereichs einer solchen Aufnahme 118 des Adapterelements 104 in den 3 und 4 zu entnehmen ist, umfasst eine solche Aufnahme 118 eine Ausnehmung 120 in dem Adapterelement 104.
Die Ausnehmung 120 ist mit einem Gewinde 122 versehen, so dass ein mit einem entsprechend passenden Gewinde 122 versehenes Zerspanungselement 124 der Zerspanungsvorrichtung 114 in die Ausnehmung 120 eingeschraubt und damit lösbar an dem Adapterelement 104 festgelegt werden kann.
Das Zerspanungselement 124 ist dabei beispielsweise als ein Zerspanungsring 126 ausgebildet.
Das Zerspanungselement 124 umfasst einen Aufnahmeabschnitt 128 zur Aufnahme des Energieabsorptionselements 102.
Der Aufnahmeabschnitt 128 ist hierzu im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und weist einen Innendurchmesser D_A auf, welcher zumindest näherungsweise einem Außendurchmesser D_Ea des Energieabsorptionselements 102 entspricht.
Ferner umfasst das Zerspanungselement 124 einen bezüglich der Energieeinleitungsrichtung 106 an den Aufnahmeabschnitt 128 des Zerspanungselements 124 angrenzenden Vorsprung 130.
Im Bereich des Vorsprungs 130 weist das Zerspanungselement 124 einen Innendurchmesser D_V auf, welcher kleiner ist als der Innendurchmesser D_A des Aufnahmeabschnitts 128.
Das Energieabsorptionselement 102 kann aufgrund des Vorsprungs 130 somit nicht durch das Zerspanungselement 124 hindurchgeschoben werden, ohne hierbei beschädigt zu werden.
Ein Innendurchmesser D_Ei des Energieabsorptionselements 102 ist vorzugsweise kleiner als der Innendurchmesser D_V des Zerspanungselements 124 im Bereich des Vorsprungs 130.
Das Energieabsorptionselement 102 kann somit durch ein Verschieben desselben längs der Längsachse 110 der Energieabsorptionsvorrichtung 100 mittels des Zerspanungselements 124 zerspant werden. Insbesondere wird hierbei ein äußerer Mantelbereich 132 des Energieabsorptionselements 102 von einem inneren Mantelbereich 134 des Energieabsorptionselements 102 abgetragen und hierdurch Energie absorbiert.
Wie insbesondere 4 zu entnehmen ist, erstreckt sich der innere Mantelbereich 134 nach einer Energieabsorption mittels des Energieabsorptionselements 102 durch Zerspanen desselben durch das Adapterelement 104 hindurch.
Die vorstehend beschriebene Energieabsorptionsvorrichtung 100 funktioniert wie folgt:
Durch die Einleitung von Energie längs der Energieeinleitungsrichtung 106 in die Energieabsorptionsvorrichtung 100 wird zuerst die erste Schicht 112a der Energieabsorptionsvorrichtung 100 mit einer gewissen Last beaufschlagt. Da die erste Schicht 112a lediglich vier Energieabsorptionselemente 102 umfasst, ist die erste Schicht 112a die am wenigsten formstabile Schicht 112 der Energieabsorptionsvorrichtung 100, so dass eine Deformation der Energieabsorptionsvorrichtung 100 zunächst im Bereich der ersten Schicht 112a erfolgt.
Gemäß der Darstellung in den 3 und 4, werden die vier Energieabsorptionselemente 102 der ersten Schicht 112a zur Absorption von Energie mittels der Zerspanungsvorrichtung 114 zerspant.
Bei Überschreiten einer gewissen Energiemenge, welche in die Energieabsorptionsvorrichtung 100 eingeleitet wird, wird auch die zweite Schicht 112b der Energieabsorptionsvorrichtung 100 zur Absorption von eingeleiteter Energie genutzt, indem die neun Energieabsorptionselemente 102 der zweiten Schicht 112b der Energieabsorptionsvorrichtung 100 zerspant werden. Die Zerspanung der Energieabsorptionselemente 102 der zweiten Schicht 112b erfolgt dabei entsprechend der Zerspanung der Energieabsorptionselemente 102 der ersten Schicht 112a.
Insbesondere dann, wenn die Energieeinleitungsrichtung 106 nicht parallel zur Längsachse 110 der Energieabsorptionsvorrichtung 100 ausgebildet ist, kann mittels des ersten Adapterelements 104a und der Führungsvorrichtung 116 eine Umlenkung der eingeleiteten Energie erfolgen, so dass zumindest ab dem ersten Adapterelement 104a die eingeleitete Energie im Wesentlichen parallel zur Längsachse 110 verläuft und somit gezielt mittels der Energieabsorptionselemente 102 der zweiten Schicht 112b absorbiert werden kann.
Wenn auch nach der Zerspanung der Energieabsorptionselemente 102 der zweiten Schicht 112 weiterhin Energie in die Energieabsorptionsvorrichtung 100 eingeleitet wird, welche hiervon absorbiert werden soll, werden die Energieabsorptionselemente 102 der dritten Schicht 112c deformiert, insbesondere zerspant.
Die Zerspanung der Energieabsorptionselemente 102 der dritten Schicht 112c erfolgt dabei vorzugsweise an dem zweiten Adapterelement 104b, welches hierzu längs der Längsachse 110 verschoben wird. Die Energieabsorptionselemente 102 der dritten Schicht 112c sind dabei vorzugsweise ortsfest relativ zu der zu schützenden Struktur 108.
Im Übrigen erfolgt die Zerspanung der Energieabsorptionselemente 102 der dritten Schicht 112c jedoch im Wesentlichen ebenso wie hinsichtlich der Zerspanung eines Energieabsorptionselements 102 der ersten Schicht 112a beschrieben und in den 3 und 4 dargestellt.
Die Energieabsorptionsvorrichtung 100 ermöglicht die Aufnahme von Energie und damit einen Schutz der zu schützenden Struktur 108.
Da die Zerspanungselemente 124 der Zerspanungsvorrichtung 114 austauschbar sind und zudem die vorzugsweise im Wesentlichen identisch ausgebildeten Energieabsorptionselemente 102 sämtlicher Schichten 112 ebenfalls austauschbar sind, kann die Energieabsorptionsvorrichtung 100 nach der Einleitung und Absorption von Energie besonders einfach und kostengünstig dadurch in einen Ausgangszustand zurückversetzt werden, dass die Zerspanungselemente 124 in den Adapterelementen 104 und die Energieabsorptionselemente 102 durch neue Zerspanungselemente 124 bzw. neue Energieabsorptionselemente 102 ersetzt werden. Insbesondere die Adapterelemente 104 können jedoch wiederverwendet werden.
Eine in 5 dargestellte zweite Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass lediglich zwei Schichten 112 und lediglich ein Adapterelement 104 vorgesehen ist und dass das Adapterelement 104 gestuft ausgebildet ist.
Voneinander verschiedene Abschnitte 135 des Adapterelements 104 sind somit bezüglich der Längsachse 110 der Energieabsorptionsvorrichtung 100 versetzt zueinander angeordnet.
Das Adapterelement 104 ist dabei insbesondere so ausgebildet, dass es abschnittsweise im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche 136 der zu schützenden Struktur 108 verläuft.
Durch die Verwendung unterschiedlich langer Energieabsorptionselemente 102 in der ersten Schicht 112a der Energieabsorptionsvorrichtung 100 wird die gestufte Ausgestaltung der Oberfläche 136 der zu schützenden Struktur 108 und des Adapterelements 104 vorzugsweise ausgeglichen, so dass eine Vorderseite 138 der Energieabsorptionsvorrichtung 100 im Wesentlichen senkrecht zu der Längsachse 110 der Energieabsorptionsvorrichtung 100 und/oder im Wesentlichen senkrecht zu einer Energieeinleitungsrichtung 106 verläuft.
Im Übrigen stimmt die in 5 dargestellte zweite Ausführungsform der Energieabsorptionsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in den 1 bis 4 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
Eine in der 6 dargestellte dritte Ausführungsform einer Energieabsorptionsvorrichtung 100 unterscheidet sich von der in 5 dargestellten zweiten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass nicht sämtliche Energieabsorptionselemente 102 der ersten Schicht 112a parallel zur Längsachse 110 der Energieabsorptionsvorrichtung 100 ausgerichtet sind.
Vielmehr sind einzelne oder mehrere der Energieabsorptionselemente 102 der ersten Schicht 112a schräg zur Längsachse 110 der Energieabsorptionsvorrichtung 100 ausgerichtet.
Mittels der in 6 dargestellten dritten Ausführungsform der Energieabsorptionsvorrichtung 100 kann insbesondere auch eine schräg zur Längsachse 110 der Energieabsorptionsvorrichtung 100 eingeleitete, große Energiemenge gezielt absorbiert werden.
Im Übrigen stimmt die in 6 dargestellte dritte Ausführungsform der Energieabsorptionsvorrichtung 100 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in der 5 dargestellten zweiten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
In 7 ist ein Fahrzeug 140 abgebildet.
Das Fahrzeug 140 ist beispielsweise als ein Schienenfahrzeug 142 ausgebildet. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Schienenfahrzeug 142 ein Güterzug oder Personenzug ist.
Das Fahrzeug 140 kann beispielsweise eine Kupplungsvorrichtung 144 aufweisen, mittels welcher das Fahrzeug 140 mit weiteren (nicht dargestellten) Fahrzeugen 140 kuppelbar ist.
Die Kupplungsvorrichtung 144 ist beispielsweise eine Mittelkupplung.
Insbesondere, um im Falle eines Aufpralls des Fahrzeugs 140 auf einen Güterwagen 146 die in dem Fahrzeug 140 befindlichen Insassen zu schützen, ist vorgesehen, dass das Fahrzeug 140 mit zwei Energieabsorptionsvorrichtungen 100 versehen ist.
Die Energieabsorptionsvorrichtungen 100 sind dabei vorzugsweise zu beiden Seiten der Kupplungsvorrichtung 144 angeordnet, so dass diese im Falle eines Aufpralls des Fahrzeugs 140 auf den Güterwagen 146 auf Dämpfungsvorrichtungen 148 des Güterwagens 146 treffen und hierdurch gezielt Energie absorbiert werden kann.
Die Energieabsorptionsvorrichtungen 100 können ferner Bestandteil eines Energieabsorptionssystems 150 sein. Bei einem solchen Energieabsorptionssystem 150 kann vorgesehen sein, dass die Energieabsorptionselemente 102 und/oder ein Adapterelement 104 zusätzliche Funktionen übernimmt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Kupplungsvorrichtung 144 an einem Adapterelement 104, beispielsweise an dem zweiten Adapterelement 104b zwischen der zweiten Schicht 112b und der dritten Schicht 112c, angeordnet ist. Auf diese Weise kann auch in die Kupplungsvorrichtung 144 eingeleitete Energie noch mittels des Energieabsorptionssystems 150 absorbiert werden.
Insbesondere zur Verbesserung der Aerodynamik des Fahrzeugs 140 kann vorgesehen sein, dass das Energieabsorptionssystem 150, insbesondere die Energieabsorptionsvorrichtung 100 und die Kupplungsvorrichtung 144 innerhalb einer Außenhülle 152 des Fahrzeugs 140 angeordnet sind.
Durch die Verwendung von Adapterelementen 104 kann bei sämtlichen dargestellten Ausführungsformen eine zuverlässige und gleichmäßige Energieaufnahme ermöglicht werden.
Zur Anpassung der Energieabsorptionsvorrichtung 100 an einen vorgegebenen Bauraum und/oder zu erwartende Crash-Lasten können die Anzahl der Energieabsorptionselemente 102, deren Länge, Innendurchmesser D_Ei, Außendurchmesser D_Ea und deren Material variiert werden.
Bei weiteren (nicht dargestellten) Ausführungsformen kann vorgesehen sein, dass einzelne oder mehrere Merkmale der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

100: Energieabsorptionsvorrichtung
102: Energieabsorptionselement
104: Adapterelement
104a: erstes Adapterelement
104b: zweites Adapterelement
106: Energieeinleitungsrichtung
108: Struktur
110: Längsachse
112: Schicht
112a: erste Schicht
112b: zweite Schicht
112c: dritte Schicht
114: Zerspanungsvorrichtung
116: Führungsvorrichtung
118: Aufnahme
120: Ausnehmung
122: Gewinde
124: Zerspanungselement
126: Zerspanungsring
128: Aufnahmeabschnitt
130: Vorsprung
132: äußerer Mantelbereich
134: innerer Mantelbereich
135: Abschnitte
136: Oberfläche
138: Vorderseite
140: Fahrzeug
142: Schienenfahrzeug
144: Kupplungsvorrichtung
146: Güterwagen
148: Dämpfungsvorrichtung
150: Energieabsorptionssystem
152: Außenhülle
D_Ea: Außendurchmesser des Energieabsorptionselements
D_Ei: Innendurchmesser des Energieabsorptionselements
D_A: Innendurchmesser des Aufnahmeabschnitts
D_V: Innendurchmesser des Vorsprungs

Claims

Energieabsorptionsvorrichtung (100), umfassend: – mindestens zwei Schichten (112), welche jeweils mehrere Energieabsorptionselemente (102) umfassen, – ein Adapterelement (104), welches zwischen den mindestens zwei Schichten (112) angeordnet ist, und – eine Zerspanungsvorrichtung (114) und/oder Zerteilungsvorrichtung, mittels welcher mindestens ein Energieabsorptionselement (102) zur Absorption von Energie zerspanbar und/oder zerteilbar ist, wobei die Zerspanungsvorrichtung (114) und/oder Zerteilungsvorrichtung durch das Adapterelement (104) gebildet ist, in das Adapterelement (104) integriert ist und/oder austauschbar mit dem Adapterelement (104) verbunden ist.
Energieabsorptionsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Energieabsorptionselemente (102) unabhängig voneinander deformierbar sind.
Energieabsorptionsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Energieabsorptionselement (102) lösbar an dem Adapterelement (104) festgelegt und/oder einzeln austauschbar ist.
Energieabsorptionsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Schichten (112) bezüglich einer Energieeinleitungsrichtung (106) hintereinander angeordnet sind, wobei eine formstabilere Schicht (112) auf eine weniger formstabile Schicht (112) folgt.
Energieabsorptionsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Energieabsorptionselemente (102) baugleich sind.
Energieabsorptionsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Schichten (112) voneinander verschiedene Anzahlen von Energieabsorptionselementen (102) umfassen.
Energieabsorptionsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabsorptionsvorrichtung (100) mindestens zwei Adapterelemente (104) und mindestens drei Schichten (112), welche jeweils mehrere Energieabsorptionselemente (102) umfassen, umfasst.
Energieabsorptionsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Energieabsorptionselement (102) quer zu einer Längsachse (110) der Energieabsorptionsvorrichtung (100) ausgerichtet ist.
Energieabsorptionsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieabsorptionsvorrichtung (100) eine Führungsvorrichtung (116) zum Führen des Adapterelements (104) in einer parallel zu einer Längsachse (110) der Energieabsorptionsvorrichtung (100) verlaufenden Richtung umfasst.
Energieabsorptionsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Adapterelement (104) als ein Gussbauteil ausgebildet ist.
Energieabsorptionsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Adapterelement (104) mehrere bezüglich einer Längsachse (110) der Energieabsorptionsvorrichtung (100) versetzt zueinander angeordnete Abschnitte (135) umfasst.
Fahrzeug (140), umfassend eine Energieabsorptionsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11.
Fahrzeug (140) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (140) als ein Schienenfahrzeug (142) ausgebildet ist und mindestens zwei Energieabsorptionsvorrichtungen (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 umfasst, welche bezüglich einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs (140) zu beiden Seiten einer zentralen Kupplungsvorrichtung (144) des Fahrzeugs (140) zum Kuppeln desselben mit einem weiteren Schienenfahrzeug (142) angeordnet sind.