DE4432082A1 - Stoßfänger auf Basis energieabsorbierender Schaumstoffe - Google Patents

Stoßfänger auf Basis energieabsorbierender Schaumstoffe

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen neuartigen Stoßfänger auf Basis energie­ absorbierender Schaumstoffe, insbesondere für die Ausrüstung von Kraft­ fahrzeugen.
Flexible energieabsorbierende Schaumstoffe wurden bereits zur Vermeidung von Schäden am Kraftfahrzeug bei niedrigen Aufprallgeschwindigkeiten von kleiner als 4 km/h eingesetzt. Solche Schaumstoffe sollten einerseits einen ausreichend ausgeprägten Stauchspannungs-Hysteresis-Effekt aufweisen um einerseits eine aus­ reichende Energieabsorption zu gewährleisten, andererseits aber nach einer Stauchung aufgrund eines Aufpralls auf ein Hindernis ihre ursprüngliche Form wieder einnehmen und für einen erneuten Aufprall eine hinreichende Stauchhärte bewahren. Der Stauchspannungs-Hysterese-Effekt darf demgemäß nicht zu aus­ geprägt sein.
Für höhere Aufprallgeschwindigkeit von 8 bzw. bis 18 km/h kommen Stoßfänger­ konstruktionen zur Anwendung, bei denen die Energieabsorption durch irreversible Verformung der Quer- und Längsträger des Fahrzeugchassis, bzw. hierfür vorge­ sehenen Teilen davon, erfolgt. Dies erfordert jedoch einen erheblichen Reparatur­ aufwand nach einem Aufprall.
Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, für die Energieabsorption im Bereich der höheren Geschwindigkeit einen spröden energieabsorbierenden Schaumstoff einzusetzen, der im Falle eines Aufpralls irreversibel verformt wird, dessen Austausch aber einen erheblich reduzierten Reparaturaufwand erfordert. Der Schaumstoff wird mit einem reversibel deformierbaren Mittel zur Stoßdämpfung kombiniert, wobei das reversibel deformierbare Mittel Stöße mit Aufprallge­ schwindigkeiten im unteren Geschwindigkeitsbereich auffängt.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demgemäß ein Stoßfänger auf Basis energieabsorbierender Schaumstoffe enthaltend
  • - erste energieabsorbierend reversibel deformierbare Mittel einer ersten Stauchhärte, und
  • - zweite energieabsorbierend deformierbare Mittel bestehend aus Schaumstoff mit einer zweiten größeren Stauchhärte mit einem Verhältnis der Stauch­ härten bei 50% Stauchung und bei 10% Stauchung von höchstens 1,5.
Vorzugsweise soll das erste Mittel eine Stoßenergie unter Stauchung zumindest zeitweise absorbieren können, wobei die Schaumstoffschicht um nicht mehr als 10% gestaucht wird. Dabei kann die erste Stoßenergie dem Aufprall eines Kraftfahrzeugs auf eine Wand mit einer Geschwindigkeit von 3 bis 5 km/h entsprechen.
Das deformierbare Volumen des Schaumstoffs des zweiten Mittels soll vorzugsweise so bemessen sein, daß eine zweite Stoßenergie unter Stauchung des Schaumstoffs um nicht mehr als 60% absorbiert wird. Dabei kann die zweite Stoßenergie dem Aufprall eines Kraftfahrzeugs auf eine Wand mit einer Geschwindigkeit von 8 bis 18 km/h entsprechen.
Als erste deformierbare Mittel sind im Prinzip alle an sich bekannten Mittel zur Stoßdämpfung geeignet, wie z. B. hydraulische Dämpfer, halbelastische Dämpfungsmodule, usw.
Vorzugsweise wird als erstes deformierbares Mittel ein Schaumstoff mit einem Verhältnis der Stauchhärten bei 50% Stauchung und bei 10% Stauchung von 2 bis 3 eingesetzt, wobei die Stauchhärte dieses ersten Schaumstoffs im Vergleich zu dem zweiten Schaumstoff (zweites deformierbares Mittel) mindestens im Bereich der Stauchung um jeweils bis 50% kleiner ist.
Vorzugsweise wird das deformierbare Volumen des ersten Schaumstoffs (erstes deformierbares Mittel) so bemessen, daß eine erste Stoßenergie unter Stauchung dieses ersten Schaumstoffs um nicht mehr als 50% zumindest zeitweise absorbiert werden kann, wobei der zweite Schaumstoff um nicht mehr als 10% gestaucht wird.
Als Schaumstoffe für das erste und zweite deformierbare Mittel können beliebige Schaumstoffe, die die obengenannten Bedingungen erfüllen, eingesetzt werden. Die absolute Stauchhärte der Schaumstoffe bestimmt lediglich das erforderliche deformierbare Schaumstoffvolumen. Zum Beispiel kann die Stauchhärte des ersten Schaumstoffs bei einer Stauchung um 50% bei 120 bis 250 kPa und die Stauchhärte des zweiten Schaumstoffs bei 50% Stauchung bei 150 bis 400 kPa liegen.
Zur Auswahl der erfindungsgemäß geeigneten Schaumstoffe kann die quasistatisch gemessene Stauchhärte zugrunde gelegt werden, da der Einfluß der Verformungsgeschwindigkeit auf die Stauchhärte in dem hier zur Diskussion stehenden Bereich gering ist.
Geeignet für den ersten Schaumstoff sind Polypropylen-, Polystyrol- oder andere thermoplastische Kunststoffschaumstoffe, insbesondere halbharte Polyurethan­ schaumstoffe, wie sie im Handbook of Polyurethanes beschrieben sind.
Für das zweite deformierbare Mittel geeignete Schaumstoffe sind Polyurethanhart­ schaumstoffe, Polyisocyanurathartschaumstoffe oder polyurethanhaltige Polyiso­ cyanurathartschaumstoffe, die als EA-Schaumstoffe (EA = energieabsorbierend) Eingang in die Technik gefunden haben, wie sie z. B. in den US-A 4 866 102 und US-A 5 232 957 beschrieben sind.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
Die Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen im einzelnen:
A den oder die Längsträger eines Kraftfahrzeugchassis
B den Querträger eines Kraftfahrzeugchassis
D die Stoßfängerverkleidung
I das erste deformierbare Mittel
II das zweite deformierbare Mittel.
Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Stoßfängers mit einem mechanischen Dämpfungsmodul I und einem Schaumstoff II, die zwischen Querträger B des Kfz-Chassis und der Stoßfängerverkleidung D angeordnet sind.
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei der als erstes deformierbares Mittel hydraulische Stoßdämpfer I eingesetzt sind. Im Falle eines Frontalaufpralls wird die Stoßenergie zunächst von der Stoßfängerverkleidung D über den Schaumstoff II und den Querträger B auf die hydraulischen Stoßfänger I übertragen.
Die hydraulischen Stoßfänger I sind so ausgelegt, daß sie eine Stoßenergie, die einem Aufprall mit einer Geschwindigkeit von mindestens bis 4 km/h absorbieren können. Aufgrund der Stauchhärte des Schaumstoffs II wird dieser noch nicht energieabsorbierend deformiert. Bei höheren Aufprallgeschwindigkeiten wird auch der Schaumstoff II deformiert. Dabei wird dieser erfindungsgemäß so bemessen, daß eine Stoßenergie, die einem Aufprall von mindestens 8 km/h entspricht, absorbiert werden kann, ohne daß die Längsträger A zerstört werden.
Fig. 3 bis 5 zeigen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindungen, bei denen auch als erstes deformierbares Mittel ein Schaumstoff I eingesetzt wird.
Fig. 6 zeigt die Stauchung/Spannungs-(Stauchhärte-)Charakteristik zweier erfindungsgemäß geeigneter Schaumstoffe I und II. Die Werte wurden bei einer Stauchgeschwindigkeit von 500 mm/min (quasistatisch) ermittelt.
Fig. 7 zeigt die Verzögerungscharakteristik
eines erfindungsge­ mäßen Stoßfängers, bei dem ein Schaumstoff I gemäß Fig. 6 mit einer Abmessung von 50×200×150 mm³ und ein Schaumstoff II gemäß Fig. 6 mit einer Abmessung von 200×200×1500 mm³ eingesetzt wurden. Dargestellt ist die Verzögerung in Abhängigkeit vom Verzögerungsweg für den Aufprall einer Masse von 1t mit unterschiedlicher Geschwindigkeit. Die Pfeile geben den Verzögerungsweg bei einem Aufprall mit 1 m/s (3,6 km/h) bzw. 4 m/s (14,4 km/h) an.

Claims (5)

1. Stoßfänger auf Basis energieabsorbierender Schaumstoffe enthaltend
  • - erste energieabsorbierend reversibel deformierbare Mittel einer ersten Stauchhärte, und
  • - zweite energieabsorbierend deformierbare Mittel bestehend aus Schaumstoff mit einer zweiten größeren Stauchhärte mit einem Verhältnis der Stauchhärten bei 50% Stauchung und bei 10% Stauchung von höchstens 1,5.
2. Stoßfänger nach Anspruch 1, wobei das erste Mittel eine erste Stoßenergie unter Stauchung zumindest zeitweise absorbieren kann, wobei der Schaumstoff (zweites deformierbares Mittel) um nicht mehr als 10% gestaucht wird.
3. Stoßfänger nach Anspruch 1 oder 2, wobei das deformierbare Volumen des Schaumstoffs so bemessen ist, daß eine zweite Stoßenergie unter Stauchung des Schaumstoffs um nicht mehr als 60% absorbiert werden kann.
4. Stoßfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das erste Mittel ein Schaumstoff mit einem Verhältnis der Stauchhärten bei 50% Stauchung und bei 10% Stauchung von 2 bis 3 ist, und die Stauchhärte im Vergleich zum zweiten Schaumstoff (zweites deformierbares Mittel) mindestens im Bereich der Stauchung von jeweils bis 50% kleiner ist.
5. Stoßfänger nach Anspruch 4, wobei das Volumen des ersten Schaumstoffs so bemessen ist, daß eine erste Stoßenergie unter Stauchung dieses ersten Schaumstoffs um nicht mehr als 50% zumindest zeitweise absorbiert werden kann, wobei der zweite Schaumstoff um nicht mehr als 10% gestaucht wird.
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