DE102021002678A1 - Energy absorbing element and process for its manufacture - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Energieabsorptionselement, umfassend einen mittels additiver Fertigung gebildeten Hohlkörper (3) mit einer Kammerstruktur, wobei die Kammerstruktur mindestens eine mit pulverförmigem Material (7) gefüllte Kammer (5) und mindestens eine leere Kammer (9) aufweist. Bei einem Energieabsorptionselement, dessen Energieabsorptionsfähigkeit verbessert ist, weist die Kammerstruktur eine Verdrängungsvorrichtung (5, 7, 9, 11) auf, mittels derer kraft- und/oder druck- und/oder stoßimpliziert das pulverförmige Material (7) energieaufnehmend verdrängbar ist.The invention relates to an energy absorption element comprising a hollow body (3) formed by additive manufacturing and having a chamber structure, the chamber structure having at least one chamber (5) filled with powdery material (7) and at least one empty chamber (9). In the case of an energy absorption element whose energy absorption capacity is improved, the chamber structure has a displacement device (5, 7, 9, 11), by means of which the powdery material (7) can be displaced in an energy-absorbing manner by means of force- and / or pressure- and / or shock-implied.
Description
Die Erfindung betrifft ein Energieabsorptionselement, umfassend einen mittels additiver Fertigung gebildeten Hohlkörper mit einer Kammerstruktur, wobei die Kammerstruktur mindestens eine mit pulverförmigem Material gefüllte Kammer und mindestens eine leere Kammer aufweist, sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to an energy absorption element, comprising a hollow body formed by additive manufacturing with a chamber structure, the chamber structure having at least one chamber filled with powdery material and at least one empty chamber, as well as a method for its production.
Aus der
Die
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Energieabsorptionselement und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben, dessen Energieabsorptionsfähigkeit verbessert wird.The object of the invention is to provide an energy absorption element and a method for its production, the energy absorption capacity of which is improved.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.The invention results from the features of the independent claims. Advantageous further developments and refinements are the subject matter of the dependent claims. Further features, possible applications and advantages of the invention emerge from the following description, as well as the explanation of exemplary embodiments of the invention, which are shown in the figures.
Die Aufgabe ist mit dem eingangs erläuterten Energieabsorptionselement dadurch gelöst, dass die Kammerstruktur eine Verdrängungsvorrichtung aufweist, mittels derer kraft- und/oder druck- und/oder stoßimpliziert das pulverförmige Material energieaufnehmend verdrängbar ist. Das pulverförmige Material wirkt im starken Belastungsfall und bei Deformation einer Wand kraftübermittelnd und/oder energiedissipativ. Stoß- und Impulsenergie werden somit durch die Reibung der Pulverkörner aneinander und /oder von Pulverkörnern an der Wand vernichtet. Dadurch wird die Energieabsorptionsfähigkeit des Energieabsorptionselementes erhöht.The object is achieved with the energy absorption element explained at the beginning in that the chamber structure has a displacement device by means of which the powdery material can be displaced in an energy-absorbing manner by means of which force- and / or pressure- and / or impact-implied. The powdery material has a force-transmitting and / or energy-dissipative effect in the event of heavy load and when a wall is deformed. Impact and impulse energy are thus destroyed by the friction of the powder grains against one another and / or of powder grains on the wall. This increases the energy absorption capacity of the energy absorption element.
Vorteilhafterweise beinhaltet die Verdrängungsvorrichtung zumindest zwei hintereinanderliegende, aneinandergrenzende und durch eine Wand voneinander getrennte Kammern, von denen die in Beanspruchungsrichtung hintere Kammer leer und die vordere Kammer mit dem pulverförmigen Material gefüllt ist, wobei die Wand eine Sollbruchstelle, vorzugsweise eine Dünnstelle aufweist. Bei deutlicher Verformung kann durch Verdrängung des pulverförmigen Materials die durch die Sollbruchstelle örtlich geschwächte Wand aufbrechen und das pulverförmige Material wird in die nachgelagerte leere Kammer verdrängt. Dadurch ist ein gezielter Kraft- und Energieabbau möglich.Advantageously, the displacement device contains at least two consecutive, adjoining chambers separated from one another by a wall, of which the rear chamber in the direction of stress is empty and the front chamber is filled with the powdery material, the wall having a predetermined breaking point, preferably a thin point. In the case of significant deformation, the wall, which has been weakened locally by the predetermined breaking point, can break open due to the displacement of the powdery material and the powdery material is displaced into the downstream empty chamber. This enables a targeted reduction in strength and energy.
In einer Ausgestaltung weist die Verdrängungsvorrichtung eine Kaskade aus mehreren, mit dem pulverförmigen Material gefüllte Kammern auf, denen leere Kammern mit Sollbruchstellen zur gezielten Schwächung benachbart sind. Eine solche Kaskade ermöglicht eine gezielte Kraftumlenkung, insbesondere bei großen Kräften.In one embodiment, the displacement device has a cascade of several chambers filled with the powdery material, to which empty chambers with predetermined breaking points for targeted weakening are adjacent. Such a cascade enables targeted force deflection, especially with large forces.
In einer Variante weist die Verdrängungsvorrichtung eine Kaskade aus mehreren, mit dem pulverförmigen Material gefüllte Kammern auf, denen leere Kammern nachgelagert sind, wobei die Kammern teilweise durch Wände getrennt sind, die Sollbruchstellen zur gezielten Schwächung der Wände aufweisen. Eine solche Ausbildung des Energieabsorptionselementes ist insbesondere für einen Crashfall geeignet, wo viel Energie umgewandelt werden soll. Durch den Stempel wird eine gezielte Kraftaufbringung auf den Intrusionskolben ermöglicht.In a variant, the displacement device has a cascade of several chambers filled with the powdery material, which are followed by empty chambers, the chambers being partially separated by walls which have predetermined breaking points for the targeted weakening of the walls. Such a design of the energy absorption element is particularly suitable for a crash, where a lot of energy is to be converted. The punch enables a targeted application of force to the intrusion piston.
In einer Ausführungsform weist ein in die mit dem pulverförmigen Material gefüllte Kammer hineinragende Schaftspitze des Intrusionskolbens rampenförmige Seitenflächen auf. Diese rampenförmigen Seitenflächen unterstützen das Aufbrechen der Wand zwischen der leeren und der mit dem pulverförmigen Material gefüllten Kammer. Gleichzeitig wird das pulverförmige Material in eine gezielte Richtung verdrängt.In one embodiment, a shaft tip of the intrusion piston protruding into the chamber filled with the powdery material has ramp-shaped side surfaces. These ramp-shaped side surfaces support the breaking open of the wall between the empty chamber and the chamber filled with the powdery material. At the same time, the powdery material is displaced in a specific direction.
Es ist von Vorteil, wenn der Intrusionskolben mittels eines generativen Verfahrens hergestellt wird. Somit kann dieser gemeinsam in einem additiven Herstellungsvorgang mit dem Energieabsorptionselement realisiert werden, was den Herstellungsaufwand reduziert.It is advantageous if the intrusion flask is manufactured using a generative process. This can thus be implemented together with the energy absorption element in an additive manufacturing process, which reduces the manufacturing effort.
Alternativ ist der Intrusionskolben nachträglich in die mit dem pulverförmigen Material gefüllte Kammer eingeführt. Dadurch vereinfacht sich die Herstellung des Energieabsorptionselements.Alternatively, the intrusion flask is subsequently inserted into the chamber filled with the powdery material. This simplifies the manufacture of the energy absorption element.
In einer weiteren Ausgestaltung sind in den mit dem pulverförmigen Material gefüllten Kammern Stützstrukturen ausgebildet, die vorzugsweise mittels des generativen Verfahrens ausgebildet sind. Solche Stützstrukturen verbessern die mechanische Festigkeit des Energieabsorptionselementes und erhöhen die Kraftabbremswirkung durch deren Verformung oder Brechen.In a further embodiment, support structures are formed in the chambers filled with the powdery material, which are preferably formed by means of the generative method. Such support structures improve the mechanical strength of the energy absorption element and increase the force braking effect through their deformation or breaking.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein additives Verfahren zur Herstellung eines Energieabsorptionselementes, bei welchem mittels eines additiven Fertigungsverfahrens ein Hohlkörper mit einer Kammerstruktur gebildet wird, die mindestens eine mit pulverförmigen Material gefüllte Kammer und mindestens eine leere Kammer aufweist. Bei einem Verfahren, bei welchem die Energieabsorptionsfähigkeit des Energieabsorptionselementes verbessert wird, wird während des additiven Fertigungsverfahrens eine Verdrängungseinrichtung zur energieaufnehmenden Verdrängung des pulverförmigen Materials bei einer Kraft- und/oder Druck- und/oder Stoßimplizierung in der Kammerstruktur gebildet. Dadurch wird eine gezielte Kraftaufnahme durch das Energieabsorptionselement erreicht.Another aspect of the invention relates to an additive method for producing an energy absorption element, in which a hollow body with a chamber structure is formed by means of an additive manufacturing method, which has at least one chamber filled with powdery material and at least one empty chamber. In a method in which the energy absorption capacity of the energy absorption element is improved, a displacement device for the energy-absorbing displacement of the powdery material in the event of force and / or pressure and / or impact is formed in the chamber structure during the additive manufacturing process. As a result, a targeted force absorption is achieved by the energy absorption element.
Vorteilhafterweise werden ein in eine mit dem pulverförmigen Material gefüllte Kammer hineinragender Intrusionskolben und/oder eine Stützstruktur während des generativen Verfahrens gebildet. Somit lassen sich die als Crashelemente wirkende Intrusionskolben bzw. Stützstruktur durch einen direkten Druck im 3D-Verfahren erzeugen.Advantageously, an intrusion piston protruding into a chamber filled with the powdery material and / or a support structure are formed during the generative process. Thus, the intrusion piston or support structure acting as crash elements can be generated by direct printing in the 3D process.
In einer Ausgestaltung wird als additives Fertigungsverfahren ein selektives Laserschmelzen oder ein selektives Lasersintern oder ein selektives Elektronenstrahlschmelzen verwendet.In one embodiment, a selective laser melting or a selective laser sintering or a selective electron beam melting is used as an additive manufacturing method.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages, features and details emerge from the following description in which - possibly with reference to the drawing - at least one exemplary embodiment is described in detail. Described and / or graphically represented features can form the subject matter of the invention individually or in any meaningful combination, possibly also independently of the claims, and in particular can also be the subject matter of one or more separate applications. Identical, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference symbols.
Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Energieabsorptionselementes, -
2 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Energieabsorptionselementes, -
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Energieabsorptionselementes, -
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Energieabsorptionselementes .
-
1 a first embodiment of the energy absorption element according to the invention, -
2 another embodiment of the energy absorption element according to the invention, -
3 another embodiment of the energy absorption element according to the invention, -
4th another embodiment of the energy absorption element according to the invention.
In
Beim Einwirken einer Kraft F auf die mit dem pulverförmigen Material
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Energieabsorptionselements
Gemäß dem weiteren in
Der in
Die beschriebenen Lösungen sind besonders geeignet für Anwendungen, bei welchen Impuls- oder Stoßenergie vernichtet werden sollen.The solutions described are particularly suitable for applications in which pulse or impact energy is to be destroyed.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- DE 102018104723 A1 [0002]DE 102018104723 A1 [0002]
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