DE10358819A1

DE10358819A1 - Deformationselement für eine Aufprallbarriere eines Versuchsstandes für ein Fahrzeug oder Teilen davon

Info

Publication number: DE10358819A1
Application number: DE2003158819
Authority: DE
Inventors: Sandro Wartzack
Original assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Current assignee: Brose Fahrzeugteile SE and Co KG
Priority date: 2003-11-29
Filing date: 2003-11-29
Publication date: 2005-06-30

Abstract

die Erfindung betrifft ein Deformationselement für eine Aufprallbarriere eines Versuchsstandes für ein Fahrzeug oder Teilen davon, wobei DOLLAR A È das Deformationselement ein Fluid beinhaltet, das aus einem durch die Deformation belasteten Bereich zumindest teilweise ausströmen kann, DOLLAR A È das Deformationselement nach Wiederaufnahme des ausgeströmten Fluids seine ursprüngliche Form weitestgehend zurückbildet, DOLLAR A È das Deformationselement wenigstens einen Schaumkörper (2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b) mit offener Porigkeit aufweist, das sich bei Belastung durch einen Aufprall an einem mit Strömungsöffnungen (11) versehenen Stützelement (10) abstützt, DOLLAR A und wobei der Schaumkörper (2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b) eine zumindest teilweise versiegelte (Bereich 20a, 20b, 30a, 30b, 40a, 40b), dem Stützelement (10) zugeordnete Grenzfläche (20', 30', 30'', 40', 40'') aufweist, welche bei Deformation des Schaumkörpers (2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b) wenigstens einen Teil der Strömungsöffnungen (11) des Stützelements (10) überdeckt oder verschließt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Deformationselement für eine Aufprallbarriere eines Versuchsstandes für ein Fahrzeug oder Teilen davon gemäß Patentanspruch 1. Das Deformationselement zeichnet sich durch eine Anpassbarkeit an die jeweiligen Anforderungen sowie seine Wiederverwendbarkeit aus.

Bei Crashversuchen mit Automobilen oder Automobilteilen werden Deformationselemente verwendet, welche – in der Regel – die Deformationseingenschaften eines bestimmten Bereichs eines Fahrzeugs simulieren. Die Anpassung solcher Deformationselemente an verschiedene Anforderungen ist sehr aufwendig und erfordert im Allgemeinen den Einsatz entsprechend differenziert dimensionierter Teile.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Deformationselement für eine Aufprallbarriere eines Versuchsstandes für ein Fahrzeug oder Teilen davon bereitzustellen, das einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist und in einfacher Weise an unterschiedliche Anforderung, insbesondere hinsichtlich des dynamischen Deformationsverhaltens, angepasst werden kann.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben Vorzugsvarianten der Erfindung an.

Demnach weist das von einem Gehäuse oder einer sonstigen Umhüllung umschlossene Deformationselement einen ein Fluid beinhaltenden offenporigen elastischen Schaumkörper auf, wobei das Fluid infolge einer Deformation zumindest teilweise aus einem durch die Deformation belasteten Bereich hinausdrückbar ist. Nach Wiederaufnahme des ausgeströmten Fluids kann das Deformationselement seine ursprüngliche Form weitestgehend zurückbilden. Dem Schaumkörper ist ein mit Strömungsöffnungen versehenes Stützelement zugeordnet, das sich bei Belastung durch einen Aufprall an diesem abstützt. Des Weiteren besitzt der Schaumkörper eine zumindest teilweise versiegelte, dem Stützelement zugeordnete Grenzfläche, welche bei Deformation des Schaumkörpers wenigstens einen Teil der Strömungsöffnungen des Stützelements überdeckt oder verschließt.

Durch eine entsprechend den Anforderungen geeignete Auswahl, Dimensionierung und Kombination von elastischen Schaumkörpern können in einem weiten Bereich Deformationseigenschaften simuliert werden. Die Beeinflussung des dynamischen Deformationsverhaltens, also die Energieaufnahme über die Zeit bzw. über den Deformationsweg, erfolgt durch den während des Deformationsvorganges variierenden Strömungsquerschnitt im Stützelement. Mit der Verringerung des Strömungsquerschnitts im Stützelement (z.B. durch teilweisen Verschluss eines Lochblechs) und der Verdichtung des Schaumkörpers, wobei der durchschnittlich zur Verfügung stehende Porendurchmesser herabgesetzt wird, erhöht sich der hydraulische Widerstand für das ausströmende Fluid und der statische Druck innerhalb des den Schaumkörper umschließenden Gehäuses nimmt zu.

In einfacher Weise kann eine Beeinflussung der Eigenschaften des Deformationselements dadurch erfolgen, dass die zumindest teilweise versiegelte Grenzfläche des Schaumkörpers im nichtdeformierten Zustand des Schaumkörpers und/oder das die Strömungsöffnungen aufweisende Stützelement voneinander abweichende Konturen aufweisen. So steht anfangs, also vor Beginn der Deformation, ein maximaler Stömungsquerschnitt für das Fluid zur Verfügung, der mit zunehmender Deformation des Schaumkörpers durch dessen sich an das Stützelement anlegenden versiegelten Grenzschicht verringert wird. Die Kontur der Grenzfläche des Schaumkörpers und/oder des Stützelements können beispielsweise konvex, kegelförmig, terrassenförmig oder stufenpyramidenförmig ausgebildet ein.

Selbstverständlich kann die versiegelte Grenzfläche des Schaumkörpers auch derart ausgebildet sein, dass diese ab einem bestimmten Deformationsgrad des Deformationskörpers den gesamten Strömungsquerschnitt des Stützelements überdeckt bzw. verschließt. Die muss nicht zwangsläufig dazu führen, dass jegliche Fluidströmung unterbunden ist. Unversiegelte Bereiche außerhalb des Bereichs der Strömungsöffnungen des Stützelements können in Kombination mit einem weiteren offenporigen Schaumkörper, der zwischen dem zumindest teilweise versiegelten Schaumkörper und dem Stützelement angeordnet ist, einen Fluidstrom quer zur Deformationsrichtung durch den weiteren Schaumkörper zulassen. Durch die ebenfalls fortschreitende Komprimierung des weiteren Schaumkörpers erhöht sich auch dort der hydraulische Widerstand, bis der Schaumkörper im wesentlichen als geschlossene Schicht gelten kann und den Fluidstrom schließlich unterbindet.

Der weitere Schaumkörper kann unversiegelt oder zumindest teilweise an Orten versiegelt sein, die nicht von der Versiegelung des anderen Schaumkörpers überdeckbar sind. Vorzugsweise weist der weitere Schaumkörper – im Vergleich zum zuerst genannten Schaumkörper – einen höheren spezifischen hydraulischen Widerstand auf. Die Konturen des weiteren Schaumkörpers sollten an die zugewandten Konturen des (ersten) Schaumkörpers bzw. des Stützelements angepasst sein, so dass der Raum innerhalb der Hülle des Deformationselements maximal durch deformationsaktives Material ausgenutzt wird.

In Abhängigkeit von den gestellten Anforderungen an das Deformationselement kann der Überdeckungsgrad des durch die versiegelte Grenzfläche des Schaumkörpers überdeckbaren bzw. verschließbaren Strömungsquerschnitts des Stützelements progressiv, linear oder degressiv fortschreiten. Hierdurch kann in einfacher Weise ein vom Deformationsgrad abhängiger Verlauf der Steifigkeit des Deformationselements simuliert werden.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung besteht der Schaumkörper aus wenigstens zwei Lagen mit unterschiedlich großem spezifischen hydraulischen Widerstand, wobei die Lagen in Bezug auf die Deformationsrichtung hintereinander angeordnet sind.

Als Stützelemente zur Abstützung des Schaumkörpers eignen sich grundsätzlich alle hinreichend stabilen Strömungsöffnungen aufweisenden Elemente, wie z. B. Lochbleche, siebartiges Geflechte oder rippenartige Strukturen. Darüber hinaus können aber auch Platten mit einstellbaren Strömungsöffnungen (z. B. in Form von Blenden oder Ventilen) eingesetzt werden.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und den dargestellten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 Deformationselement mit einem Schaumkörper mit konkaver bzw. sphärisch gekrümmter Grenzfläche und einem mittigen versiegelten Bereich;
2 Schaumkörper mit stufenförmig ausgebildeter Grenzfläche mit mittig versiegeltem Bereich und einem weiteren, vor ein gelochtes Stützelement angeordneten Schaumkörper;
3 Deformationselement mit zwei Schaumkörpern, deren zugewandte konvexe Grenzflächen unterschiedliche versiegelte Bereich aufweisen;
4 Deformationselement mit zwei Schaumkörpern, deren zugewandte keilförmige Grenzflächen versetzt angeordnete versiegelte Bereich aufweisen.
Das in 1 dargestellte Deformationselement besitzt einen sehr einfachen Aufbau und besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuse oder einer Umhüllung 1, die in Deformationsrichtung R von einem Stützelement 10 mit Strömungsöffnungen 11 abgeschlossen ist, und einem im Inneren angeordneten Schaumkörper 2a mit offener Porigkeit. Der Schaumkörper weist auf der dem Stützelement 10 zugewandten Seite eine konkav bzw. sphärisch gekrümmte Grenzfläche 20' auf, deren mittiger Bereich 20a versiegelt wurde, z. B. durch vulkanisieren oder aufkleben eines flexiblen folienartigen Materials. Die Umhüllung 1 des Schaumkörpers 2a besteht vorzugsweise auch aus einem flexiblen wieder verwendbaren Material, das jedoch die bei einem Crashversuch auftretenden erheblichen mechanischen Beanspruchungen überstehen muss. Hierzu eignet sich insbesondere eine Gummihülle 1 mit hinreichender Wanddicke.
Bei einem Crashversuch wirkt ein Gegenstand, also die Frontpartie, die Tür oder ein anderes Teil eines Fahrzeugs, zunächst auf den Bereich des Deformationselements ein, das dem Stützelement 10 abgewandt ist. Während des Versuchs kommt es zu einer zunehmenden Deformation und Komprimierung des innenliegenden Schaumkörpers 2a, wobei das in den offenen Poren gespeicherte Fluid mehr und mehr verdrängt und über die nicht versiegelten Bereiche der Grenzfläche 20' sowie durch die Strömungsöffnungen 11 des Stützelements 10 in einen dahinterliegenden Raum gedrückt wird. Die beiden Pfeile deuten schematisch den Weg des Fluids an. Mit fortschreitender Deformation stützt sich ein immer größerwerdender Teil des versiegelten Bereichs 20a an der Innenseite des Stützelements 10 ab und verschließt dabei immer mehr Strömungsöffnungen 11, so dass sich der hydraulische Widerstand solange erhöht, bis ein Maximum am Strömungsquerschnitt abgedeckt ist.
Eine weitere Möglichkeit der Beeinflussung des Widerstandsvermögens des Deformationselements besteht in der Auswahl des Schaumstoffs hinsichtlich des mittleren Porendurchmesser und der Porenstruktur. Mit Verringerung des Porendurchmessers und der Erzeugung eines hohen Querströmungsanteils erhöht sich auch der Widerstand.
Darüber hinaus ist das Widerstandsvermögen von den Eigenschaften des verwendeten Fluids abhängig. So verursacht Luft im Vergleich zu Flüssigkeiten einen vielfach höheren hydraulischen Widerstand. Aufgrund der Kompressibilität von Gasen kommen noch elastische Effekte hinzu, die ebenfalls berücksichtigt werden sollten, bzw. ausgenutzt werden können. Selbstverständlich können auch inkompressible Medien wie Wasser oder Öle zum Einsatz kommen.
Das Ausführungsbeispiel von 2 zeigt einen Schaumkörper 2b, dessen Grenzfläche 20' stufenpyramidenförmig ausgebildet und dessen mittlerer Bereich 20b durch eine Versiegelung für den Durchtritt des Fluids gesperrt ist. Zwischen der Grenzfläche 20' und dem Stützelement 10 ist ein weiterer Schaumkörper 2c angeordnet, dessen Porigkeit sich von der des ersten Schaumkörpers 2b unterscheiden sollte, so dass sich die spezifischen hydraulischen Widerstände der Materialien unterscheiden.
Bei einer Deformation des Deformationselements wird auch der weitere Schaumkörper 2c komprimiert, wodurch infolge des abnehmenden inneren Strömungsquerschnitts sich auch Querströmungen durch den Schaumkörper 2c unterhalb des versiegelten Bereichs 20b verringern. Falls bei maximaler Kompression des Schaumkörpers 2c im Bereich der Versiegelung oder Teilen derselben die Poren des Schaummaterial völlig verschlossen sein sollten, sind auch die daran angrenzenden Stömungsöffnungen 11 des Stützelements verschlossen.
3 zeigt eine Kombination von zwei Schaumkörpern 3a, 3b, deren sphärische Grenzflächen nach innen einander zugewandt sind. Während der eine Schaumkörper 3a auf seiner Grenzfläche 30' eine randseitige Versiegelung 30a trägt, ist die Versiegelung 30b des anderen Schaumkörpers 3b mittig angeordnet. Zwischen den beiden Schaumkörpern 3a, 3b liegt ein dritter Schaumkörper 3c, der dafür sorgt, dass selbst dann noch ein gewisser Fluidstrom vom Schaumkörper 3a über den Schaumkörper 3b durch die Strömungsöffnungen 11 des Stützelements 10 gelangen kann, wenn die in Deformationsrichtung R projizierten Flächen der Versiegelungen 30a und 30b den gesamten Querschnitt des Deformationselements überdecken. Deshalb sollte der zwischenliegende ebenfalls elastische Schaumkörper 3c eine deutlich höhere Federsteifigkeit aufweisen als die anderen Schaumkörper 3c.
Von Vorteil kann aber auch sein, die Schäume derart auszuwählen, dass die Federsteifigkeiten der einzelnen Schaumkörper 3a, 3b, 3c vom Stützelement 10 aus gesehen jeweils abnehmen. Im umgekehrten Fall ist damit zu rechnen, dass der an das Schützelement 10 angrenzende Schaumkörper 3b die Strömungsöffnungen 11 weitestgehend verschließt noch bevor die anderen Schaumkörper 3a, 3c ihre maximale Kompression erreicht haben. Dann wirkt das Deformationselement als im wesentlichen geschlossener Behälter und zeigt – bei Befüllung mit einem Gas – stark elastische Eigenschaften.
Das Ausführungsbeispiel von 4 unterscheidet sich von dem in 3 dargestellten nur durch die Form der Grenzflächen 40', 40'', die keilförmig ausgebildet sind. Die Versiegelungen sind auf den gegenüberliegenden Keilflächen der Schaumkörper 4a, 4b angebracht.

1: Gehäuse, Umhüllung
10: Stützelement
11: Strömungsöffnung
2a, 2b: offenporiger Schaumkörper mit versiegeltem Bereich 20a, 20b
20': Grenzfläche
20a, 20b: versiegelter Bereich
3a, 3b,: offenporiger Schaumkörper mit versiegeltem Bereich 30a, 30b
3c: offenporiger Schaumkörper
30', 30'': Grenzfläche
30a, 30b: versiegelter Bereich
4a, 4b: offenporiger Schaumkörper mit versiegeltem Bereich 40a, 40b
4c: offenporiger Schaumkörper
40', 40'': Grenzfläche
40a, 40b: versiegelter Bereich
R: Deformationsrichtung

Claims

Deformationselement für eine Aufprallbarriere eines Versuchsstandes für ein Fahrzeug oder Teilen davon, wobei • das Deformationselement ein Fluid beinhaltet, das aus einem durch die Deformation belasteten Bereich zumindest teilweise ausströmen kann, • das Deformationselement nach Wiederaufnahme des ausgeströmten Fluids seine ursprüngliche Form weitestgehend zurückbildet, • das Deformationselement wenigstens einen Schaumkörper (2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b) mit offener Porigkeit aufweist, das sich bei Belastung durch einen Aufprall an einem mit Strömungsöffnungen (11) versehenen Stützelement (10) abstützt, wobei • der Schaumkörper (2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b) eine zumindest teilweise versiegelte (Bereich 20a, 20b, 30a, 30b, 40a, 40b), dem Stützelement (10) zugeordnete Grenzfläche (20', 30', 30'', 40', 40'') aufweist, welche bei Deformation des Schaumkörpers (2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b) wenigstens einen Teil der Strömungsöffnungen (11) des Stützelements (10) überdeckt oder verschließt.
Deformationselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest teilweise versiegelte Grenzfläche (20', 30', 30'', 40', 40'') des Schaumkörpers (2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b) und/oder das die Strömungsöffnungen (11) aufweisende Stützelement (10) im nichtdeformierten Zustand des Schaumkörpers (2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b) voneinander abweichende Konturen aufweisen.
Deformationselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur der Grenzfläche (20', 30', 30'', 40', 40'') des Schaumkörpers (2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b) und/oder des Stützelements (10) konvex, kegelförmig, terrassenförmig oder stufenpyramidenförmig ausgebildet ist.
Deformationselement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen der versiegelten Grenzfläche (20', 30', 30'', 40', 40'') des Schaumkörpers (2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b) und des zugeordneten Stützelements (10) derart ausgebildet sind, dass bei fortschreitender Deformation des Schaumkörpers (2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b) die versiegelte Grenzfläche (20', 30', 30'', 40', 40'') einen zunehmend größeren Strömungsquerschnitt des Stützelements (10) überdeckt bzw. verschließt.
Deformationselement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdeckungsgrad des durch die versiegelte Grenzfläche (20', 30', 30'', 40', 40'') des Schaumkörpers (2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b) überdeckbare bzw. verschließbare Strömungsquerschnitt des Stützelements in Abhängigkeit von den gestellten Anforderungen an das Deformationselement und in Abhängigkeit des Deformationsgrades progressiv, linear oder degressiv fortschreitet.
Deformationselement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die versiegelte Grenzfläche (30', 30'', 40', 40'') des Schaumkörpers (3a, 3b, 4a, 4b) derart ausgebildet ist, dass diese ab einem vorgegebenen Deformationsgrad des Deformationskörpers den gesamten Strömungsquerschnitt des Stützelements (10) überdeckt bzw. verschließt.
Deformationselement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Schaumkörper (2b, 3a, 4a) mit der zumindest teilweise versiegelten Grenzfläche (20', 30a, 40a) und dem die Strömungsöffnungen aufweisenden (11) Stützelement (10) ein weiterer Schaumkörper (2c, 3b, 3c, 4b, 4c) mit offener Porigkeit angeordnet ist.
Deformationselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Schaumkörper (3b, 4b) zumindest teilweise in Bereichen (30b, 40b) versiegelt ist, die nicht von der Versiegelung (Bereiche 30a, 40a) des anderen Schaumkörpers (3a, 4a) überdeckbar sind.
Deformationselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Schaumkörper (2c, 3c, 4c) einen höheren spezifischen hydraulischen Widerstand aufweist als der Schaumkörper (2b, 3a, 3b, 4a, 4b) mit der versiegelten Grenzfläche.
Deformationselement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Konturen des weiteren Schaumkörpers (2c, 3c, 4c) an die zugewandten Konturen des (ersten) Schaumkörpers (2b, 3a, 3b, 4a, 4b) bzw. des Stützelements (10) angepasst sind.
Deformationselement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaumkörper aus wenigstens zwei Lagen mit unterschiedlich großem spezifischen hydraulischen Widerstand besteht.
Deformationselement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stützelement (10) als Lochblech, siebartiges Geflecht oder als Platte mit einstellbaren Strömungsöffnungen oder als Kombination derselben ausgebildet ist.