碰撞吸能盒的製作方法

2023-06-05 14:28:56 3

本發明涉及一種碰撞吸能盒，其在機動車中按傳統方式安裝在保險槓和車身的承載部件之間，以便在碰撞的情況中在能量吸收下變形並且由此保護承載部件不變形。

背景技術：

de202009017016u1公開了由纖維強化的塑料注塑成形的碰撞吸能盒，在該碰撞吸能盒中，兩個彼此嵌套的空心體和在空心體之間延伸的連接元件構成支承壁，該支承壁沿所述碰撞吸能盒的負載方向在該碰撞吸能盒的保險槓側的端側和車身側的端側之間延伸。所述端側自身是開口的。碰撞能量通過所述支承壁的變形被吸收。正好沿負載方向延伸的支承壁具有高的變形阻力，只要該支承壁還未變形。但是一旦所述支承壁在壓力下開始向側向偏移，變形阻力就快速地瓦解。但是為了在所述碰撞吸能盒的整個能夠壓縮的長度上實現均勻的能量吸收，在此傳統的碰撞吸能盒中建議了所述內部空心體的支承壁的分級的結構，在該結構中，每個級部可以獨立萎縮並且在此吸收能量。能夠以這種方式消散的能量的量卻出於多個原因而受到限制。一方面，能夠被單個的級部吸收的能量的量取決於該級部的壁厚，確實該壁厚越大，則在所述級部之間的間距也必須越大，以便這些級部能夠相互分開地萎縮，並且在所給定的尺寸的碰撞吸能盒中的級部就越少。另一方面，在碰撞情況中最後兩個空心體通過在通常構造為空心異形件的縱梁的尖部處的法蘭支承在其縱壁處。這兩個空心體中的僅一個能夠在所述縱梁的縱壁的延長部中伸延，不進行伸延的那個空心體不被允許具有在碰撞情況中將法蘭變形的剛性。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題在於，提供一種碰撞吸能盒，所述碰撞吸能盒相對於其重量具有高的能量吸收能力。

按照本發明的設計方案上述技術問題通過一種碰撞吸能盒解決，其具有車身側的端側和保險槓側的端側和多個支承壁，支承壁在不同的、沿碰撞吸能盒的縱向延伸的平面中在端側之間延伸，並且其中，端側的至少一個構造為曲拱。一方面，這種結構的有效性的基礎在於，以曲拱的中部為出發點的支承壁具有不同於以曲拱的邊緣為出發點的支承壁的長度。支承壁越短，則首先其抵抗變形的阻力越高，當然路徑(支承壁能夠在支承壁潰縮並且變形阻力由此強烈地降低之前以該路徑壓縮)也越短。支承壁的不同的長度導致碰撞吸能盒在整個變形路徑上的均勻的能量吸收，因為在短的支承壁已經潰縮的變形時，較長的支承壁還能夠具有高的變形狀態。提高碰撞吸能盒的能量吸收能力的第二效果是曲拱本身的承載能力。曲拱即便在小壁厚時也具有高的負荷能力並且因此能夠被設計用於：首先還抵擋使得支承壁崩潰的負載，並且當能量吸收能力和支承壁的變形能力被完全充分利用時才被壓壞。此外，藉助於曲拱可以使得作用在相對於承載碰撞吸能盒的縱梁的縱壁移位的支承壁上的碰撞力側向地導出並且導進縱壁中。因為由此使得不在縱壁的延長部中延伸的支承壁也有助於碰撞吸能盒的剛度，所以碰撞吸能盒的體積被有效地利用。

在製造工藝方面最簡單的情況中，曲拱可以是筒形拱。因為這樣的筒形拱的外部稜邊能夠與承載碰撞吸能盒的縱梁的壁齊平地布置，所以縱梁的縱壁可以有利於壓縮力的傳遞。

通過球形拱能夠實現比用筒形拱更高的負荷能力，不過在此由於曲拱的圓形的邊緣走向使得力向縱梁中的傳導變難。

結合高負荷能力和有效地把力導入縱梁的解決方案是所謂的修道院式拱頂。

優選地，曲拱是向外凹的，就是說從曲拱的頂點為出發點的支承壁短於以曲拱的邊緣為出發點的支承壁。

為了有效地把力傳導到縱梁中，適宜的還在於，曲拱構成碰撞吸能盒的車身側的、就是說朝向縱梁的端側。

為了通過模鑄工藝例如鑄造或尤其注塑實現碰撞吸能盒的低成本製造，支承壁限定優選地橫向於縱向開放的凹陷部。

凹陷部的側壁優選地由彼此平行的支承壁構成。因此多個凹陷部能夠通過同樣的、橫向於碰撞吸能盒的縱向能夠移動的模具的互補的凸出部製造。

製造工藝方面有利的還在於，支承壁包括初級的支承壁和從初級支承壁的對置的側向突起的次級的支承壁。

碰撞吸能盒能夠完全地或部分地由塑料注塑成形。

為了實現高的負載能力，碰撞吸能盒優選地至少部分地由纖維強化的塑料成形。

纖維強化的塑料雖然也能夠注塑，但是在能夠注塑的塑料中纖維的濃度和長度是被限制的。當使用高濃度的長纖維用於實現高負載能力時，碰撞吸能盒就至少部分地由纖維強化的半成品、例如所謂的有機板製造、尤其熱成形。

碰撞吸能盒的保險槓側的端側能夠與保險槓橫梁一體式地構造。

為了在碰撞時的高負載下也保證在保險槓橫梁和碰撞吸能盒之間的防止破裂的連接，纖維芯可以從保險槓橫梁延伸進支承壁之一中。

附圖說明

從參照附圖對實施例的下述的說明中得到本發明的其它的特徵和優點。附圖中：

圖1示出根據本發明的第一設計方案的碰撞吸能盒的示意立體圖；

圖2示出按照所述第一設計方案的變型方案的碰撞吸能盒；

圖3示出第一設計方案的第二變型方案；

圖4示出按照第二設計方案的碰撞吸能盒

圖5示出按照第三設計方案的碰撞吸能盒；

圖6示出按照第四設計方案的碰撞吸能盒從斜上方的立體示圖；

圖7示出第二設計方案的變型方案；

圖8示出與保險槓橫梁一體式構造的碰撞吸能盒的前側部件的立體視圖；並且

圖9示出剖切與保險槓橫梁一體式的碰撞吸能盒的水平剖切面。

具體實施方式

圖1以立體視圖中示出按照本發明的第一設計方案的碰撞吸能盒1，其中，車身側的端側2朝向觀察者。車身側的端側2通過閉合的壁3構成，該壁成形為曲拱、在此為筒形拱4。筒形拱4被法蘭5包圍用於固定在車身縱梁處。構成筒形拱3的曲率中點的軸線6在此位於法蘭5的平面中；軸線6也能夠在法蘭5的另外一側、即在縱梁尖部安裝有碰撞吸能盒1的一側通過縱梁延伸，但是，軸線6到法蘭5的平面的距離不應大於曲拱4的曲率半徑的一半。

多個支承壁7、8從筒形拱4的背離於觀察者的凸起的側向沿碰撞吸能盒的縱向24延伸。彼此平行的平行於曲拱軸線定向的支承壁8被部分地透明地展示，以便能夠示出被隱藏在碰撞吸能盒1的內部中的支承壁7，支承壁7分別與支承壁8在中部交叉並且彼此連接。支承壁7、8的背離觀察者的稜邊與法蘭9一體式地成形，該法蘭構成碰撞吸能盒1的保險槓側的端側10。

當碰撞吸能盒1在相撞時承受負荷時，在最短的支承壁8中、在碰撞吸能盒1的中部最先積累應力，該應力迫使支承壁8側向地偏移和彎曲。首先通過由相鄰的支承壁8施加的壓力阻礙筒形拱4的這種彎曲。接著，在中部的側向的各較長的支承壁8彎曲，並且當支承壁8被壓縮至該支承壁不能夠繼續彎曲時筒形拱3才被壓扁。

為了成形由塑料製成的碰撞吸能盒1，需要帶有三個相對彼此能夠移動的部件的注塑模具，一個部件用於成形保險槓側的端側，沿碰撞吸能盒1的縱向能夠移動的部件用於成形筒形拱3，以及兩個橫向於縱向24能夠移動的部件，其具有嵌入在支承壁6之間的凹陷部11中的凸出部，以便成形支承壁5、6，並且它們共同地成形法蘭9。

圖2以與圖1相同的立體視角示出按照本發明的第二設計方案的碰撞吸能盒1。車身側的端側2在這裡同樣通過筒形拱4構成，但是彼此平行的支承壁8橫向於筒形拱3的軸線6地定向，並且連接平行的支承壁8的支承壁7從筒形拱3的頂點垂線12出發。

兩個設計方案共同之處在於，作用在碰撞吸能盒1上的負荷大部分被導出到法蘭4的平行於筒形拱3的軸線6的、在此為垂直的臂部13上。由於筒形拱的端面15可以相對容易地變形，所以垂直於軸線6的臂部14僅受較小負荷。

這帶來的啟示在於，如在圖3中所示，進一步簡化碰撞吸能盒1的結構並且簡單地除去端面15和臂部14。這具有的優點在於，能夠進一步簡化用於注塑成形碰撞吸能盒1的模具的結構，因為不再需要用於成形曲拱4的、沿碰撞吸能盒的縱向24能夠運動的部件。

當通過帶有球狀的彎曲部的球形拱16替代筒形拱4時，就能夠實現碰撞力在法蘭4的周界上的均勻分布，正如在圖4中所示。曲率中點在此同樣能夠位於法蘭4的平面中或距離此平面直至曲率半徑的一半位於鄰接在法蘭4上的縱梁中。

實現碰撞力在法蘭4的整個周界上的均勻分布的其它的可行方案是，在圖1或2中所示的筒形拱4的端面15相對於曲拱軸線6傾斜。平行於曲拱軸線6的支承壁7或8就能夠延伸直至端面15上並且加固支承壁。

清楚的是，對曲拱3構造的再進一步的中間方案是可行的，例如傾斜的端面15本身是彎曲的，以便構成修道院式拱頂17，正如在圖5中所示。

兩個端面15能夠具有共同的曲率軸線18或不同於圖5的所示地具有兩個不同的曲率軸線6。當曲率軸線不同時，曲率軸線也能夠以不為零的角相對彼此定向，以便得到具有梯形的或者一般而言不均勻四邊形的基面的曲拱。

同樣考慮其他從建築學中已知的曲拱形狀。

圖6以從保險槓側的立體視圖示出按照本發明的進一步設計方案的碰撞吸能盒1。圖6在碰撞吸能盒1的內部示出相應於圖1和2的筒形拱的筒形拱3，但是也可以考慮其它的曲拱形狀。相對於至今所考慮的設計方案的區別在於，支承壁7、8在此構成向保險槓側的端側10開放的盒狀物，並且必須把用於成形在內部加固盒狀物的支承壁7、8的模具部件經保險槓側的端側10脫模。

當保險槓側的端側10為了脫模模具部件而開放時，相互交叉的和在碰撞吸能盒1的彼此對置的側向之間連續地延伸的支承壁7、8能夠被相套的支承壁19取代(正如在圖7中所示那樣)。相套的支承壁通過曲拱、在此為球形拱16的支承使得支承壁19沒有必要相互通過沿碰撞吸能盒1的縱向24延伸的支承壁連接，使得在碰撞情況中支承壁19是彼此獨立的並且第一個支承壁19的崩潰不會一同撕裂其它的支承壁。以圍繞沿碰撞吸能盒1的縱向24定向的軸線彎曲的支承壁19在壁厚小時能夠承受高負荷。因為它們能夠緊湊地相套，所以它們能構造得數量多而壁厚小，使得在重量特別小時能夠實現高的能量吸收。

尤其在圖1至圖4的設計方案中，構造為閉合的壁的保險槓側的端側10自身能夠構造為保險槓橫梁20的集成的組成部分，正如圖6中局部視圖所示。保險槓橫梁20在此構造為單壁的板件21，板件21通過在板件中部凹陷的水平的槽22加固。為了成形槽22，需要至少一個另外的模具部件；但是因為槽22在此向背離碰撞吸能盒1的側開放，所以在支承壁8之間的凹陷部11保持繼續沒有底切，使得四個模具部件就足以成形包括保險槓橫梁21的碰撞吸能盒1。

原則上同樣可以考慮保險槓橫梁21的任意的其它橫截面形狀。如果有需求，則保險槓橫梁21也能夠構造為空心異形件、尤其由擠壓型材實施的空心異形件，在第二處理步驟中在空心異形件上成形、尤其注塑碰撞吸能盒，或者保險槓橫梁能夠由多個單壁式的元件組裝為空心異形件。

碰撞吸能盒1能夠完全由塑料、尤其纖維強化的塑料注塑成形。為了在壁厚小時實現最大的負荷能力，優選的是，碰撞吸能盒1的至少單個壁由纖維強化的半成品、例如有機板製造。其實現方法是，必要時通過加熱使半成品變軟，將半成品置入如上文所述帶有多個相對彼此能夠移動的部件的注塑模具中並且通過注塑熱塑性塑料為製造碰撞吸能盒1而補充。

在圖9中示出了剖切使用纖維強化的半成品的情況下所獲得的碰撞吸能盒1的示例性剖視圖。碰撞吸能盒1是在圖1中所示出的帶有筒形拱4的類型。由纖維強化的半成品構成的坯料被置入注塑模中，使其從筒形拱4通過兩個最外部的平行於軸線6的支承壁8延伸直至保險槓橫梁21中。半成品的熱塑性基質在化學上與注塑的熱塑性塑料相同並且深入地與其熔融，使得在製造的產品中兩者不再能區分並且半成品的僅一個纖維芯23保持可見。

纖維強化的半成品在對在模具中的碰撞吸能盒1的構造匹配中能夠以何種程度變形，取決於纖維芯23的類型。當纖維芯是鬆軟的無紡布時，球狀的變形(尤其在構造球形拱16時)是可行的。當纖維芯構造為織物時就限定了延展性，使得在球形拱中的變形是會帶來問題的。當為曲拱的四個側翼分別使用分開的坯料並且該坯料沿曲拱的將側翼相互分開的邊稜相互疊合時，可以容易地實現修道院式拱頂17。

清楚的是，上面的詳細地說明和附圖儘管顯示了本發明的特定的示例性的設計，但是它們只是為了形象地說明，並且不應理解為限制本發明的範圍。只要不脫離權利要求書和其等效範圍，所述設計的多種變型都是可能的。尤其從說明和附圖中也得出未在權利要求書中提到的實施例的特徵。這種特徵也可能以不同於此處具體公開的組合出現。多個這樣的特徵在相同句子中或者以另外的文字關聯方式相互提及是合理的，因此不能推斷出它們只能出現在具體公開的組合中；相反基於此，也能去掉或改變多個這種特徵之中的幾個，只要不影響本發明的功能作用即可。

附圖標記列表

1碰撞吸能盒

2車身側的端側

3壁

4筒形拱

5法蘭

6軸線

7支承壁

8支承壁

9法蘭

10保險槓側的端側

11凹陷部

12頂點垂線

13(法蘭4的)臂部

14(法蘭4的)臂部

15端面

16球形拱

17修道院式拱頂

18曲率軸線

19支承壁

20保險槓橫梁

21板件

22槽

23纖維芯

24縱向