Zariadenie na absorpciu energie s vláknami vnorenými v plastovom materiáli a súvisiaca predná časť

Číslo patentu: E 17592

Dátum: 21.11.2011

Autori: Steinmetz Abla, Buron Marie-pierre, Compagnon Philippe, Gonin Vincent

Je ešte 3 strany.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

0001 Tento vynález sa vo všeobecnosti týka zariadeni na absorpciu energie pre motorové vozidlá. 0002 Známe sú napriklad zariadenia na absorpciu energie pri náraze strednej intenzity typu Danner. Tieto absorbéry energie sú obvykle umiestnené medzi predným čelom vozidla a hlavnými nosníkmi alebo medzi redným čelom a spodnými nosnlkmi vozidla. Spodné nosnlky vozidla sú známe aj pod názvom pred ženie kollskového rámu.0003 Takéto absorbéry nárazu sú obvykle tvorené kovovými skrinkami určenými na to, aby sa plasticky deformovali v pripade nárazov najvyššej intenzity stanovenej energie, aby pohItiIi energiu nárazu. Takéto absorbéry sú opisané napriklad v FR 0756932 Sila vyvolávajúca plastickú deformáciu absorbéra energie, ktorá má byť predmetom návrhu absorbéra, musí byť čo najvyššia, aby sa umožnilo účinné rozptýlenie energie na obmedzenej dráhe. Musi teda byť vyššia než spodná hranica Fmini.0004 Táto sila musi byť zároveň nižšia než je nosnosť hlavných nosnikov alebo spodných nosnikov,aby nedošlo k trvalej deformácii pozdĺžnych nosnikov v pripade nárazu. Takže dimenzovanie musi byť nižšie než je hranica vyššia než Fmaxi.0005 Je dôležité, aby dimenzovanie absorbéra energie bolo veľmi blízke hodnote Fmaxi dolnou hodnotou. V skutočnosti je rozdiel hodnôt Fmini a Fmaxi menej než 20, čiže zariadenie na absorpciu energie je približne 20 , a teda zariadenie na absorpciu energie sa nachádza v tomto rozsahu. 0006 Okrem toho je známe, že dimenzovanie zariadenia na absorpciu energie môže súvisieť s teplotou okolia. Zadávacie podmienky požadované konštruktérmi automobilov obvykle odporúčajú,aby absorbér energie bol v rámci uvedených rozsahov teploty medzi -30 C až 80 °C.0007 Zariadenia na absorpciu nárazov typu kovovej krabice majú obvykle dobrú teplotnú stabilitu. Na druhej strane však majú vyššiu hmotnosť a majú komplexnejšiu štruktúru, pretože vo všeobecnosti obsahujú viac navzájom previazaných prvkov opornú pätku, blok hliníkovej napenenej štruktúry alebo kovovú krabicu, deformovateľný obal, vo vnútri ktorého je uložený blok kovovej penovej štruktúry alebo kovová krabica, atď. Vdôsledku toho sú takéto absorbéry drahé a ich montáž vyžaduje veľa času a veľa súčiastok.0008 Vzhľadom na tieto súvislosti vynález ponúka zariadenie na pohltenie nárazov, ktoré je jednoduchšie a lacnejšie a jeho účinnosť je stabilnejšia v súvislosti s teplotou.0009 vynález teda podľa prvého aspektu a v súlade s nárokom 1 ponúka zariadenie na absorpciu energie, ktoré má štruktúru určenú na to, aby sa plasticky deformovala vplyvom energie nárazu,pričom sa časť energie nárazu pohltí, a štruktúra je daná materiálom, ktorý pozostáva- z vlákien vysokej pevnosti, vnorených do matrice vyznačujúcej sa tým, že prevažná časť vlákien má dĺžku medzi 0,1 a 10 mm, a že materiál obsahuje 2 až 10 hmotn. vlákien vysokej pevnosti.Dokument EP-A 2-1617098 dokladá predvýznak tohto patentového nároku 1. 0010 Zariadenie môže mať jednu alebo viacero zďalej uvedených charakteristík, uplatnených jednotlivo alebo vo všetkých možných technických kombináciách- vlákna vysokej pevnosti sú sklenené vlákna, uhllkové alebo z aramidu,- matricou je polymér styrénového typu alebo polykarbonát, alebo polyamid, alebo nasýtený polyester, alebo polyolefln, alebo elastomér, alebo zmes uvedených materiálov.- prevažná časť vlákien má dĺžku 0,1 až 7 mm, a- štruktúra je dutinkovou štruktúrou, obsahujúcou množstvo medzistienok, ktoré vytvárajú súbor navzájom susediacich dutých buniek.0011 Podľa druhého aspektu vynález ponúka prednú časť motorového vozidla, pričom jej súčasťou je tuhá priečka obsahujúca bočné časti umiestnené vpozdĺžnom predĺžení pozdĺžnych nosnikov vozidla, a najmenej jedno zariadenie na absorpciu energie, ktoré má vyššie uvedené vlastnosti, a je pozdĺžne umiestnené medzi pozdĺžnym nosnlkom a jednou z bočných časti priečky.0012 Podľa tretieho aspektu vynález ponúka prednú časť motorového vozidla, pričom predná časť motorového vozidla obsahuje tuhú časť pozostávajúcu- zo zvislých stĺpikov navzájom spájajúcich horné a dolné priečne nosníky a určených na to, aby znášali tlak na pozdĺžne nosníky vozidla tvoriace štruktúru na absorpciu energie. ktoré majú vyššie uvedené vlastnosti.0013 Predná časť môže mat takisto jednu alebo viacero vyššie uvedených vlastnosti, a to jednotlivo,alebo vo všetkých možných technických kombináciách- tuhá časť sa vytvorí vstrekovaním,- horné adolné priečne nosníky sú zprveho materiálu obsahujúceho matricu zplastového materiálu, pričom zvislé stĺpiky sú ziného materiálu, odlišného od prvého materiálu,a obsahujúce matricu tvorenú prvým plastovým materiálom,-horné adolné priečne nosníky sú zprvého materiálu obsahujúceho matricu zprvého plastového materiálu a elastoméru, alebo zo šokového kopolymeru, a- horné adolné priečne nosníky sú zprvého materiálu obsahujúceho matricu zplastového materiálu, pričom zvislé stĺpiky sú zdruhého materiálu odlišného od prvého a majú matricu pozostávajúcu zdruhého plastového materiálu, apritom prvý a druhý plastový materiál obsahujú chemický aditív spájajúci obidva materiály, určený na to, aby posilnili spojenie zvislých s hornými a dolnými priečnymi nosnikmi.0014 Ďalšie vlastnosti avýhody vynálezu vyplynú zďalej uvedeného opisu, pričom sú iba informativne a nijako neobmedzujúce, a odvolávajú sa na priložené obrázky- obrázok 1 je pohľadom spredu na tuhú časť obsahujúcu viacero zariadení na pohltenie energie podľa vynálezu, pričom tuhý rám je navrhnutý tak, aby bol súčasťou prednej časti vozidla- na obrázku 2 je graf znázorňujúci silu odporu každej súčiastky na pohltenie energie rámu na obrázku 1, v závislosti od nárazu pri rôznej okolitej teplote- na obrázku 3 je graf znázorňujúci vývoj dimenzovania zariadenia na absorpciu energie z polypropylénového kopolyméru, ktorý nie je v súlade s vynálezom, v závislosti od teploty- na obrázku 4 je graf podobný ako na obrázku 2, týkajúci sa zariadenia na pohltenie energie z polypropylénu, ktorý nie je v súlade s vynálezom, a- obrázok 5 znázorňuje zariadenia na pohltenie energie aurčité prvky prednej časti, ktorá je v súlade s druhým spôsobom uskutočnenia tohto vynálezu.0015 V nasledujúcom opise sa smery pozdĺžne apriečne, vprednom azadnom smere chápu v zmysle bežného pohybu vozidla.0016 Rám 1 znázornený na obrázku 1 má byť zabudovaný približne zvislo v prednej časti motorového vozidla. Obsahuje horný priečny nosnik 3, dolný priečny nosnik 5 a dva zvislé stĺpiky 7,ktoré musia byť umiestnené zvíslo. Každý stĺpik 7 spája koniec horného priečneho nosnlka 3 a príslušný koniec dolného priečneho nosníka 5.0017 Priečne nosníky a st piky vytvárajú medzi sebou stredový otvor 9.0018 Časti 11 rámu 1 umiestnené v priereze horného priečneho nosníka 3 a stĺpikov 7 musia byť umiestnené v pozdĺžnom predĺžení pozdĺžnych hlavných nosníkov motorového vozidla. Časti 13 nachádzajúce sa v priesečníku dolného priečneho nosníka 5 a stĺpikov 7 musia byť umiestnené v pozdĺžnom predĺžení dolných pozdĺžnych nosnikov motorového vozidla.0019 Vtomto spôsobe uskutočnenia každá z častí 11 a 13 tvorí zariadenie na absorpciu energie dimenzované na nárazy strednej intenzity (nárazy typu Danner).- z vlákien vysokej pevnosti vnorených do matrice, pričom najväčšia časť vlákien má dĺžku medzi 0,1 a 10 mm, a zároveň materiál obsahuje 2 až 10 hmotn. vlákien vysokej pevnosti.0021 Matricou sa rozumie chemická zlúčenina alebo kopolymér tvoriaci hlavnú časť materiálu. Ďalšími zložkami sú aditívy, ktoré sú rozptýlené alebo vložené do matrice. Aditívy môžu mať veľké rozmery ako vyššie uvedené vlákna. Aditívy takisto môžu byť chemické zlúčeniny dispergované a jemne rozptýlené v tvare velmi jemných zrniečok alebo čiastočiek v matrici.0022 Vtomto pripade matrica obsahuje vprevažnej väčšine polyolefln alebo polyamid alebo styrénový polymér alebo polykarbonát alebo nasýtený polyester alebo elastomér. Bežne je matrica tvorená jedným polyolefínom alebo jedným styrénovým polymérom alebo jedným polykarbonátom alebo jedným polyamidom alebo jedným nasýteným polyesterom alebo jedným elastomérom. Polyolefínom je bežne polypropylén alebo kopolymér propylénu a etylénu alebo kopolymér propylénu a hexénu alebo kopolymér propylénu a okténu alebo kopolymér etylénu a okténu alebo terpolymér propylén-etylén-butén.0023 Vláknami vysokej pevnosti sú bežne sklenené vlákna, uhlikové vlákna alebo aramidové vlákna. 0024 vlákna sú známe pod označením krátke vlákna alebo dlhé vlákna. Krátke vlákna majú typickú dĺžku menšiu než 1 mm. Dlhé vlákna, V pripade väčšiny vlákien, majú dĺžku medzi 1 a 7 mm. 0025 Výhodne, najväčšia časť vlákien má dĺžku medzi 0,5 a 5 mm. Treba poznamenať, že dĺžka,ktorá sa tu uvádza, zodpovedá dĺžke vlákien tvoriacich konečný produkt. Časť vlákien sa pretrhne v okamihu plastiflkácie a vstrekovania materiálu do formy pri vysokej teplote.0026 Ako bolo uvedené vyššie, materiál obsahuje 2 až 10 hmotn. vlákien, pričom zvyšok je tvorený matricou z plastového materiálu a prípadne z dalších prísad. Výhodne materiál obsahuje 5 až 9 hmotn. vlákien.0027 Každá zo zón 11 až 13 má typickú dutinkovú štruktúru, ktorá obsahuje množstvo dutých buniek 15 položených vedla seba. Bunky 15 sú tvorené stenami 17, ktoré možu byť prípadne spoločné pre viaceré bunky. Steny sú tvorené vyššie uvedeným materiálom.0028 Bunky 15 sú napríklad uzavreté smerom k prednej časti vozidla prednou priečkou 18 a otvorené smerom k zadnej časti vozidla. Typicky sú uzavreté smerom hore, smerom dolu, doprava a doľava v zmysle smeru vozidla. V príklade znázornenom na obrázku 1 predná priečka 18 má otvor 19, ktorý umožňuje únik vzduchu v prípade, že zariadenie na absorpciu energie je poškodené nárazom.0029 Bunky 15 jestvujúce vsekciách kolmých na pozdĺžny smer môžu mať rôzne druhy tvarov. Vprlklade na obrázku 1 sú štvorcové alebo pravouhlé. Môžu byť takisto šesťuholníkové, trojuholníkové, kruhové, oválne atď.0030 Na obrázku 2 je graf, ktorý znázorňuje priebeh sily odporu zatláčania (na osi ordinát, vyjadrené v kilonewtonoch kN) v závislosti od deformácie materiálu vplyvom posúvanie narážajúceho objektu (na osi abscls vyjadrené v milimetroch), a to pre každú zo zón 11 a 13. Na obrázku 2 je viacero kriviek,pričom každá krivka zodpovedá správaniu sa zón 11 alebo 13 pri rôznych teplotách okolia. Tieto krivky boli pripravené pre zariadenia na absorpciu energie s matricou z kopolyméru propyIén-etylén naplnenou dlhými sklenenými vláknami v množstve 7,5 .0031 Ako vidieť na obrázku 2, všetky krivky majú málo naklonený prvý úsek medzi 0 a 50 mm a nasleduje silne naklonené takmer zvislé čelo 21. Slabo naklonený úsek zodpovedá momentu, keď objekt, ktorý narazí na prednú stranu, ešte nedosiahol tuhé štruktúry prednej strany. Keď objekt dosiahne rám, sila odporu prudko narastie, čo zodpovedá čelu 21. Keď objekt zasiahne prednú stranu silou, ktorá je vyššia než je sila, pre ktorú boli navrhnuté zóny tvoriace zariadenie na absorpciu energie, deformácia zón narastá tak, ako sa znižuje odpor zón. Na obrázku 2 výška čela 21 zodpovedá dimenzovaniu zariadenia na absorpciu energie.0032 Medzi -30 °C a 20 °C dimenzovanie ostáva medzi 150 kN a 170 kN. Nevidieť žiadny vrchol vyšši než okolo 170 kN, takže karoséria vozidla a predovšetkým horné a dolné pozdĺžne nosnlky sú výborne chránené. Tieto zvýšené hodnoty takisto umožňujú účinné pohltenie energie. Medzi 50 °C a 80 °C absorbér sa stáva trochu poddajnejší, avšak stále znášajúci hodnotu vyššiu než 100 kN. Štruktúra karosérie je stále výborne chránená a energia je dostatočne absorbovaná.0033 To znamená, že opísané zariadenia na absorpciu nárazov majú správanie, ktoré je pozoruhodne homogénne voči teplote okolia.0034 To je dané tým, že pridanie vlákien vzníženom množstve vyvoláva osobitné správanie zariadenia na absorpciu nárazov. Pri nízkej teplote a pri teplote okolia matrica sa trhá velmi progresivnym spôsobom na krehkom základe. Materiál podlieha veľmi progresívnemu narušeniu súdržnosti smerom od prednej kzadnej strane vozidla, a to bez hrubého natrhnutia absorbéra. Takýto spôsob deformácie zaručuje veľmi účinné rozptýlenie energie a umožňuje stabilné dimenzovanie vzhľadom na teplotu, len o málo slabšie než je nominálne dimenzovanie pozdĺžnych nosnlkov. Pri vysokej teplote je únosnosť mierne znížená, ale v proporciách nižších než má polymérny materiál tvoriaci matricu. 0035 Ako vidieť na obrázku 3, znamená to, že absorbér energie, ktorý má tú istú štruktúru ako majú zóny 11 a 13 na obrázku 1, navrhnutý na odpor okolo 150 kN pri teplote okolia, zabezpečí odpor voči rozdrveniu, ktorý sa mení významným spôsobom s teplotou. Krivka na obrázku 3 bola vytvorená pre absorbér z polypropylénu. Odolnosť klesá s teplotou pravidelne. Pri 80 °C odolnosť nie je vyššia než 70 kN, čo je nedostatočné na pohltenie energie nárazu. Vzniká teda riziko, že narážajúci objekt pride do kolizie so štruktúrou karosérie a spôsobi na nej nezvratné škody. Naproti tomu pri -20 °C zariadenie na absorpciu energie je príliš tuhé (odolnosť okolo 280 kN). Odolnosť zariadenia na absorpciu energie sa stáva vyššou než je odolnosť pozdĺžnych nosnlkov, takže pozdĺžne nosniky sa zdeformujú skôr než absorbér energie.0036 Spôsob deformácie zariadení na absorpciu energie podľa vynálezu je odlišný od spôsobu deformácie zariadení na absorpciu energie z ťažného polyméru, ktorý nie je plnený. Tie sa deformujú vybočenim, presnejšie stisnutím do úsekov. Pri takom spôsobe deformácie štruktúra tvori záhyby tak,ako napríklad plastová fľaša pri drvenl.0037 Treba poznamenať, že zariadenia na absorpciu nárazov z materiálu, ktorý obsahuje matricu z ťažného plastového materiálu a zvýšenú koncentráciu vlákien vysokej pevnosti, napríklad viac než 15 vlákien vysokej pevnosti, nevykazujú uspokojivé správanie. Materiál je extrémne krehký pri nízkych a stredných teplotách, najmä medzi -30 C a 20 °C. Materiál nie je teda schopný účinne rozptýliť energiu násilne sa prelomi a rozpadne sa na viac častí.0038 V príklade uskutočnenia na obrázku 1 dolný riečny nosník a horný priečnynosnlk môžu byt výhodne z materiálu, ktorý je odlišný od materiálu st pikov. Zadávacie podmienky priečnych nosnikov sú teda odlišné od zadávacích podmienok zariadení na absorpciu energie, Horný a dolný priečny nosník musia absorbovať energiu v celom rozsahu rýchlosti vozidla a odolať prieniku. aby sa zachovala integrita štruktúry.0039 Vjednom z príkladov uskutočnenia dolný a horný priečny nosník sú z materiálu, ktorý obsahuje takú istú matricu ako stĺpiky 7, a elastomér, napriklad EPDM.0040 Vtom prípade rám môže byť výhodne ztoho istého materiálu. Vyrobi sa napriklad dvojitým vstrekovaním alebo súbežným vstrekovaním stĺpikov a priečnych nosnikov v tej istej forme. Dvojitým vstrekovaním sa rozumie vstrekovanie uskutočnené vjednej forme, ktorá má rôzne vstrekovacie otvory, každý určený pre jeden zo vstrekovaných materiálov. Súbežným vstrekovaním sa rozumie vstrekovanie do formy, ktorá má jediný vstrekovací otvor, pričom dva materiály sa vstrekujú do formy postupne jeden za druhým.0041 Vinom príklade uskutočnenia horný adolný priečny nosník môžu byť vyrobené zprvého materiálu obsahujúceho matricu z plastového materiálu, pričom stĺpiky sú druhého materiálu odlišného od prvého, ktorý obsahuje matricu tvorenú zdruhého plastového materiálu odlišného od prvého plastového materiálu. Vtomto pripade je výhodné, aby prvý aj druhý materiál obsahovali prisadu na chemickú väzbu medzi prvým a druhým plastovým materiálom, ktorá zabezpečí zosilnené spojenie stĺpikov s horným a dolným priečnym nosnikom. Napríklad, prvý plastový materiál môže byť polyamid adruhý plastový materiál môže byť polypropylén alebo naopak. Prísady umožňujúce chemické spojenie týchto plastových materiálov sú známe.0042 Vo všetkých prípadoch je rám vyrobený vstrekovaním. To umožňuje ľahko integrovať do rámu funkčné zóny, ako sú nosníky svetlometov, predná technická zostava, zóny tvoriace štruktúrny nosič náraznlka alebo príslušenstiev, ako sú svetlá proti hmle, maska chladiča, ovládané žalúzie atď.0043 Ako variant je možné vstrekovať samostatne stĺpiky a horný a dolný priečny nosník a potom ich navzájom spojiť. Taktiež je možné pripraviť v ráme plastové alebo kovové nosníky predstavujúce výstuž, na ktoré sa potom injektujú stĺpiky a horný a dolný nosník.0044 Pri spôsobe uskutočnenia podľa obrázku 5 zariadenia na absorpciu energie 31 nie sú integrované s rámom predného čela.0045 Predné čelo obsahuje napríklad v tomto pripade priečny nosník 33, napríklad kovový, pričom zariadenia na absorpciu energie 31 sú vložené medzi dve bočné časti 35 priečneho nosníka 33 a pozdĺžne nosníky 37 vozidla. Každý zo zariadeni na absorpciu energie 31 predstavuje dutinkovú štruktúru vyššie oplsaného typu zmateriálu smatricou zťažného plastového materiálu avlákien vysokej pevnosti.0046 Napriklad každé zariadenie obsahuje štyri riadky po tri dutinky. Predné čelo môže niesť napríklad predovšetkým platne, ktoré nie sú znázornené na obrázku 5, pripevnené prvou časťou hlavnej čelnej plochy, každá kjednému pozdĺžnemu nosníku 37, pričom zariadenie na absorpciu energie je pevne uchytené k druhej hlavnej časti čelnej plochy danej platne. Pozdĺžnymi nosnlkmi 37 môžu byť hlavné pozdĺžne nosníky vozidla. Môžu to byť taktiež dolné pozdĺžne nosníky vozidla.0047 Vyššie opísané zariadenia na absorpciu energie a predné čelá integrované s takýmito zariadeniami na absorpciu energie majú mnohonásobne výhody.0048 Zariadenia na absorpciu energie majú nízku hmotnosť, keďže sú celé vyrobené zjedného plneného plastového materiálu. Majú jednoduchú koncepciu a majú obmedzený počet súčastí (jedna súčasť na jedno zariadenie na absorpciu energie). Dajú sa jednoducho vyrobiť napríklad vstrekovaním.0049 Predné čelá, ktoré integrujú v sebe tieto zariadenia na absorpciu energie, najmä ak obsahujú rám vyššie oplsaného typu podľa obrázku 1, dajú sa obzvlášť jednoducho vyrobiť a montovať. Do týchto rámov je možné integrovať najmä viaceré funkčné zóny.0050 Zariadenia na absorpciu energie majú pozoruhodné stabilnú funkčnosť vzhľadom k teplote.

MPK / Značky

MPK: F16F 7/12, B60R 19/34

Značky: absorpciu, část, predná, súvisiaca, energie, plastovom, zariadenie, vnorenými, vláknami, materiáli

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/11-e17592-zariadenie-na-absorpciu-energie-s-vlaknami-vnorenymi-v-plastovom-materiali-a-suvisiaca-predna-cast.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Zariadenie na absorpciu energie s vláknami vnorenými v plastovom materiáli a súvisiaca predná časť</a>

Podobne patenty