DE2907528A1

DE2907528A1 - Energiedaempfungsglied und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2907528A1
Application number: DE19792907528
Authority: DE
Inventors: Joseph N Dr Epel; Malcolm K Mcdougall; Robert E Wilkinson
Original assignee: Budd Co
Current assignee: ThyssenKrupp Budd Co
Priority date: 1978-02-27
Filing date: 1979-02-26
Publication date: 1979-09-06
Also published as: JPS6213533B2; SE7901778L; FR2418389A1; FR2418389B3; IT7948127A0; MX148950A; GB2017862B; IT1114979B; AU534411B2; GB2017862A; DE2907528C2; US4196926A; SE439137B; CA1115299A; AU4456379A; JPS54124168A

Description

SCHIFF V.FÜNER STREHL SCh₁UaE^-HOPF cBil.sSHAL'S F¹FCK 0 Ω Π "7 C O Q

DEA-20222 -4-

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Energiedämpfungsglied sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung.

Dämpfungsvorrichtungen für Stoßstangen sind bereits in den verschiedensten Formen bekannt. Einige dieser Vorrichtungen weisen Kolben-Zylinder-Anordnungen unter Verwendung von fließfähigen Flüssigkeiten auf. Andere Vorrichtungen benutzen zusammendrückbare Elemente und elastische Elemente, die bei einem Stoß kollabieren und nach dem Stoß ihre ursprünglichen Formen wieder einnehmen, wobei während des Kollabierens etwas Energie absorbiert wird.

Neuerdings werden Stoßstangen entwickelt, die einen Aufprall mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 km/h aushalten, ohne daß das Fahrzeug oder der durch sie zu schützende Gegenstand beschädigt wird. Die dafür verwendeten Vorrichtungen sind relativ schwer, aufwendig in der Herstellung sowie für die Massenproduktion ungeeignet.

Es ist bereits eine massive Stoßdämpferfeder bekannt (DE-OS 27 12 762), die so wirkt, daß sie sich bei einer Stoßkraft verformt und ihre ursprüngliche Form wieder einnimmt, wenn die Stoßkräfte entfernt sind. Die Fähigkeit, die Stoßkräfte zu absorbieren, wird jedoch mit jedem Stoß geringer.

Bekannt ist außerdem eine Energie absorbierende Stoßstange, die durch Wickeln eines Glasfadens, der mit polymerisierbarem Harz imprägniert ist, um einen Kern/ Polymerisieren des Harzes und anschließendes Schneiden der Schlaufe in zwei Teile hergestellt wird, um zwei Stoßstangen zu bilden. Die nach diesem Verfahren hergestellten Stoßstangen sind im wesentlichen massive Träger.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht deshalb darin, ein Energiedämpfungsglied für ein wiederholtes Absorbieren von Stoßkräften über einem festgelegten Biegeabstand mit einem rela-

909836/0716

tiv konstanten Absorptxonswxrkungsgrad sowie eine Stoßstange zu schaffen, bei welcher Folien aus hochtemperaturfesten thermoplastischen Materialien zwischen dünne Schichten ausgerichteter Fäden eingebracht werden, die in einer geeigneten Matrix bzw. Grundmasse getragen sind, wo durch die Zwischenschicht Scherprobleme, wie sie bei Massivstoßstangen auftreten, reduziert werden.

Diese Aufgabe wird durch ein innig ineinander gepaßtes laminiertes Energiedämpfungsglied sowie durch ein Verfahren zu seiner Herstellung gelöst. Das Energiedämpfungsglied wird dadurch hergestellt, daß mit Harz imprägnierte Fasern um einen Dorn gewickelt werden, periodisch ein gegen hohe Temperaturen widerstandsfähiges thermoplastisches Material zur Trennung der Schichten eingeführt und das geschichtete Material in der gewünschten Form gehärtet wird. Das erhaltene Energiedämpfungsglied ist eine Leichtkonstruktion zum Absorbieren von Energie durch Verformung, wobei die Konstruktion wieder in ihre Ursprungsform zurückkehrt, ohne daß eine Beschädigung durch Zwischenlagenscherkräfte auftritt, wie dies bei Massivkonstruktionen der Fall ist.

Das geschichtete Energiedämpfungsglied gemäß der Erfindung kann auch dadurch hergestellt werden, daß harzimprägnierte Faserbahnen in die gewünschten Formen dadurch gebracht werden, daß sie in einer Form angeordnet und Wärme und Druck angelegt werden, um die gewünschten Abmessungen zu härten, wobei anschließend die passenden Bauelemente zu einem geschichteten Energiedämpfungsglied montiert werden. Zwischen die Schichten kann gewünschtenfalls ein Separator bzw. eine Trennschicht eingesetzt werden.

Gegenstand der Erfindung ist somit ein Energiedämpfungsglied zum Absorbieren von Stößen eines Fremdgegenstandes gegen einen zu schützenden Körper. Das Energiedämpfungsglied hat eine Vielzahl von Schichten in gewünschter Form oder Gestalt. Jede Schicht kann von der benachbarten Schicht durch Folien aus hochtemperaturfesten thermoplastischen Materialien getrennt

909836/071€

DEA-20222 _6_

sein, die unter den Formungsbedingungen, wie sie bei der Behandlung der Laminate oder Schichten auftreten, weder löslich noch damit verträglich noch dadurch modifizierbar sind. Das Energiedämpfungsglied kann entweder durch einen Aufbauprozeß, bei welchem jede Schicht ausgebildet, dann durch ein Trennmaterial getrennt und anschließend eine weitere Schicht auf das die Laminatkonstruktion bildende Material aufgebracht wird, die durch fortlaufendes Ausbilden von Schichten mit Trennlagen zwischen jeder Schicht auf die gewünschte Stärke gebracht wird, oder dadurch hergestellt werden, daß die getrennten Schichten einzeln ausgebildet und dann dadurch zusammengefügt werden, daß sie zu einem Schichtkörper gestapelt werden.

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Stirnansicht einer ersten Ausführungsform eines Energie absorbierenden Dämpfungsglieds, wobei die durchgebogene Stellung strichpunktiert gezeichnet ist,

Fig. 2 eine Seitenansicht des Dämpfungsglieds von Fig. 1 teilweise aufgebrochen,

Fig. 3 eine Einzelheit eines Teils des Dämpfungsglieds von Fig. 1,

Fig. 4 eine zweite Ausführungsform eines laminierten Energiedämpfungsgliedes, welchen einen säulenförmigen Aufbau ■ hat,

Fig. 5 eine Ansicht längs der Linie 5-5 von Fig. 4, wobei die Befestigungseinrichtung der ausknickenden Säulen sichtbar ist,

Fig. 6 eine dritte Ausführungsform eines laminierten Energie-

909836/07 15

dämpfungsgliedes mit einem säulen- und sigmaförmigen Aufbau,

Fig. 7 vergrößert den rechten Winkelabschnitt von Fig. 4, bei welchem der Laminataufbau erkennbar ist, und

Fig. 8 einen Schnitt längs der Linie 8-8 von Fig. 7.

Das in den Figuren 1,2 und 3 gezeigte ringförmige Energiedämpfungsglied 10 hat eine Vielzahl von Schichten oder Lagen 12, 14, 16, 18. Jede der Schichten 12 bis 18 ist von der benachbarten Schicht durch eine Folie oder eine Trenneinrichtung 20, 22 bzw. 24 getrennt. Die Trennfolien bestehen aus einem hochtemperaturfesten thermoplastischen Material, beispielsweise aus Polyamid-, Polyester- oder Polypropylenfolien. Die Trennfolien können gewünschtenfalls zwischen den Schichten beseitigt werden.

Wenn das Energiedämpfungsglied 10 durchgebogen wird, wie dies strichpunktiert in Fig. 1 gezeigt ist, bewegen sich die Schichten relativ zueinander und verringern die Wirkung der Schichtenscherung, wie sie bei Massivkonstruktionen auftritt.

Das in den Figuren 4, 5, 7 und 8 gezeigte säulenförmige laminierte elastische Energiedämpfungsglied 26, 26a ist zwischen einer Fahrzeugkarosserie 28 und einer Fahrzeugstoßstange 38 angeordnet. Das Dämpfungsglied 26 hat Schichten 33 und 34, die durch eine Folie oder eine Trenneinrichtung 36 getrennt sind. Ein Ende einer jeden der Säulen 26, 26a ist an einer Unterlegplatte 38 durch Bolzen 40 oder andere geeignete Halteeinrichtungen befestigt, während die Unterlegplatte 38 ihrerseits an der Fahrzeugkarosserie 28 durch einen Bolzen 42 oder eine andere geeignete Halteeinrichtung festgelegt ist. Die anderen Enden der Säulen 26, 26a sind an der Stoßstange 30 durch Bolzen 44 und Muttern 46 oder durch andere geeignete Halteeinrichtungen festgelegt.

Bei der Auslegung der Unterlegplatte 38 muß gewährleistet sein,

909838/071S

DEA-20222 -⁸-

daß sich die Platte weit genug von dem Befestigungsbolzen 4 0 aus erstreckt, so daß eine Biegung der Säulen während des Anliegens einer Kraft an der Stoßstange nicht dazu führt, daß der Rand der Platte scherend auf die durchgebogene Säule wirkt.

Wie aus Fig. 6 zu ersehen ist, hat der modifizierte Säulenaufbau mit sigmaförmigen Säulen 48, 48a Winkel zur Bildung eines elastischen Energiedämpfungsgliedes mit einem Verformungsanfangswiderstand, der niedriger ist als bei den Säulen 26, 26a.

Zur Herstellung des Schichtkörperaufbaus nach der Erfindung wird ein neues Verfahren verwendet. Von einer Spule werden unter Spannung Faserstränge, beispielsweise Glasfaser- oder Kohlefaserstränge mit fortlaufendem Faden abgewickelt. Die Faserstränge werden in ein Bad mit flüssigem Harzmaterial geführt, in dem sich der Faserstrang mit dem Harz sättigt. Der mit Harz gesättigte Faserstrang wird dann auf einem Dorn bis zu einer vorgegebenen Stärke gewickelt. Anschließend wird um den Schichtkörper eine Stärkenlage einer Folie aus hochtemperaturfestern thermoplastischem Material gelegt, die in dem Harz oder bei den Formungsbedingungen, wie sie bei der Herstellung des Schichtkörpers auftreten, weder löslich noch damit verträglich noch dadurch modifizierbar ist. Anschließend wird eine weitere Harzschicht aufgebracht .

Diese Schritte werden wiederholt, bis die gewünschte Anzahl von Schichten ausgebildet ist. Dann wird der Schichtkörper in einem Ofen angeordnet und als Ringdämpfungsglied gehärtet oder er wird von dem Dorn entfernt, auf gewünschte Längen geschnitten und in erhitzten Formen gestaltet und gehärtet. Durch Verwendung geeigneter Zuführmechanismen, die an sich bekannt sind, erhält man ein gleichförmiges Wickeln oder ein gemustertes Wickeln einer jeden Schicht auf dem Dorn je nach Wunsch.

Durch Ändern der Anzahl von Schichten sowie der Stärke der einzelnen Schichten kann ein Energxedämpfungsglied der gewünschten

§09836/07 15

DEA-20222 -9-

Steifigkeit und Festigkeit auf einfache Weise hergestellt v/erden. Die Festigkeit des Dämpfungsgliedes kann auch durch Art und Größe der verwendeten Fasern gesteuert werden.

Ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines geschichteten Energiedämpfungsgliedes verwendet zueinanderpassende Formen, wobei ein Bahnmaterial aus Fasern, die mit Harz getränkt sind, auf die gewünschte Größe geschnitten wird und in den angepaßten Formen angeordnet wird, die dem Material die gewünschte Gestalt dadurch geben, daß ein Druck angelegt wird. Anschließend wird durch Zuführen von Wärme mit einem sich ergebenden Schichtteil gehärtet, das für das Einpassen in die benachbarte Schicht in dem geschichteten Energiedämpfungsglied richtig geformt ist. Zwischen die Schichten können Trennschichten eingebracht oder gewünschtenfalls bei diesen Zusammensetzverfahren weggelassen werden.

90983 6/0715

Claims

Paten tan sprüche

f 1. Energiedämpfungsglied mit einer ersten Befestigungseinrichtung zum Festlegen des Dämpfungsglieds an einem Pufferelement und mit einer zweiten Befestigungseinrichtung zum Festlegen des Dämpfungsglieds an einem zu schützenden Gegenstand, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von zur Bildung eines Schichtkörpers ineinander angeordneter Energie absorbierender Biegeschichten, wobei jede der Energie absorbierenden Biegeschichten eine Vielzahl von ausgerichteten Strängen aufweist, die im Abstand in einer elastischen wärmehärtbaren Kunststoffharzgrundmasse angeordnet sind»
2. Energiedämpfungsglied nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Distanzeinrichtungen, die zwischen jeder benachbarten Schicht angeordnet sind und in innigem Kontakt damit stehen, und durch Distanzeinrichtungen, die an den benachbarten Schichten nicht haften, in ihnen unlöslich und durch sie nicht modifizierbar sind.

909836/0715

DEA-20222 -2-

29Ü7528
3. Energiedämpfungsglied nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch ein im wesentlichen zylindrisches Federelement.
4. Energiedämpfungsglied nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine sich zwischen den Befestigungseinrichtungen erstreckende säulenförmige Einrichtung, welche im wesentlichen parallele gegenüberliegende ebene Oberflächen hat, die sich im wesentlichen rechtwinklig von der Oberfläche der Befestigungseinrichtungen und der säulenförmigen Einrichtung aus erstrecken,
5. Energiedämpfungsglied nach Anspruch 1 oder 2, gekenn.-zeichnet durch ein sigmaförmiges Element, dessen obere und untere parallele Teile mit der ersten bzw. zweiten Befestigungseinrichtung für das Festlegen des Dämpfungsglieds zwischen dem Pufferelement und dem zu schützenden Gegenstand zusammenwirken.
6. Verfahren zur Herstellung eines laminierten Energiedämpfungsgliedes mit einer Vielzahl von innig zusammengesetzten Schichten und einer Distanzfolie zum Trennen der Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) ein fortlaufendes Fasermaterial durch ein flüssiges polymerisierbares Harzbad zujn Sättigen der Fasern mit Harz geführt wird,

(b) daß das gesättigte Fasermaterial unter einer vorgegebenen Spannung um einen rotierenden Dorn gewickelt wird und die gewünschte Schicht des Schichtkörpers mit geeigneter Stärke bildet,

(c) daß eine einzelne Stärkenlage eines hochtemperaturfesten thermoplastischen Materials aufgebracht wird, welches die freiliegende Schichtoberfläche auf dem Dorn umgibt, und die nächste Schicht daraufgewickelt wird,

{d) der Schritt (c) wiederholt wird, bis die gewünschte Anzahl von Schichten auf dem Dorn ausgebildet sind,

90983670715

DEA-20222 -3-

(e) der Schichtkörper von dem Dorn entfernt wird und

(f) das Harz des Schichtkörperaufbaus polymerisiert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch den zusätzlichen Schritt, daß

(e) (1) der Schichtkörperaufbau in einer Form angeordnet und anschließend der Aufbau in die gewünschte Form gebracht und gehärtet wird.
8. Verfahren zur Herstellung eines laminierten Energiedämpfungsgliedes mit einer Vielzahl von innig zusammengesetzten Schichten und einer Distanzfolie zum Trennen der Schichten, dadurch gekennzeichnet, daß

(a) ein fortlaufendes Fasermaterial durch ein flüssiges polymer! sierbares Harzbad zum Sättigen des Fasermaterials mit Harz geführt wird,

(b) das gesättigte Fasermaterial zu Bahnen geformt wird,

(c) eine bestimmte Menge der gesättigten Faserbahnen in engdimensionierten Formen angeordnet wird,

(d) Wärme und Druck auf die gesättigten Faserbahnen in jeder der Formen ausgeübt wird, um das Harz zu polymerisieren und um eine Vielzahl von Schichten zu bilden, und

(e) verträgliche Schichten zu einem Schichtkörperaufbau zusammengefügt werden.

909836/0715