BRPI1000660A2 - elemento dissipador de energia e absorvedor de choque que compreende um elemento dissipador de energia - Google Patents

Abstract

ELEMENTO DISSIPADOR DE ENERGIA E ABSORVEDOR DE CHOQUE QUE COMPREENDE UM ELEMENTO DISSIPADOR DE ENERGIA. A presente invenção refere-se a um elemento dissipador de e- nergia (1) na forma de um corpo oco que se estende em uma direção longi- tudinal (L), em que o elemento dissipador de energia (1) compreende uma parede (2) formada a superfície periférica do corpo oco, e em que o elemento dissipador de energia (1) é projetado para responder a uma força que excede a força de impacto crítica é aplicada a uma extremidade frontal do dito elemento dissipador de energia (1) e para converter pelo menos uma parte da energia de impacto resultante da transferência da força de impacto através do elemento dissipador de energia (1) na energia e calor de deformação por deformação plástica. Com o objetivo de que o tamanho do bloco restante seja tão pequeno quanto possível no espaço disponível e que o elemento dissipador de energia (1) desta forma irá assegurar uma dissipação de ener- gia suficientemente alta na direção longitudinal (L) com uma resposta defini- da do elemento dissipador de energia (1), bem como com uma sequência previsível de eventos durante a absorção de energia, o elemento dissipador de energia (1) de acordo com a invenção compreende pelo menos um ele- mento de deformação (3, 3.1 a 3.n) formado a partir de um perfil, em particular um perfil oco, e que se estende ao longo do eixo geométrico longitudinal (L) do corpo oco que forma a parede (2) do dito elemento dissipador de energia (1).

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ELEMENTODISSIPADOR DE ENERGIA E ABSORVEDOR DE CHOQUE QUE COM-PREENDE UM ELEMENTO DISSIPADOR DE ENERGIA".

A presente invenção refere-se a um elemento dissipador de e-nergia na forma de um corpo oco que se estende longitudinalmente, em queo elemento dissipador de energia compreende uma parede que forma a su-perfície periférica do corpo oco, e em que o elemento dissipador de energiaé projetado para responder ao excedente de uma força de impacto críticaaplicada a uma extremidade frontal do dito elemento dissipador de energia epara absorver pelo menos uma porção da energia de impacto resultante datransferência da força de impacto através do elemento dissipador de energiapor deformação plástica, isto é, convertendo-a para energia e calor de de-formação. A invenção está relacionada adicionalmente a um absorvedor dechoque, em particular para uso como um para-choque lateral na extremidadefrontal de um veículo guiado por trilho tal como, por exemplo, um veículoferroviário, ou para uso em um batente de para-choque, em que o absorve-dor de choque compreende um elemento dissipador de energia do tipo des-crito acima.

Os elementos dissipadores de energia do tipo acima são, emprincípio, conhecidos comumente na técnica anterior e são usados, por e-xemplo, na tecnologia de veículos ferroviários, em particular como compo-nentes de absorvedores de choque. Usualmente, um absorvedor de choquedeste tipo para veículos ferroviários consiste em uma combinação de umengate (por exemplo, na forma de um dispositivo de pressão) e um elementodissipador de energia irreversível, em que o elemento dissipador de energiaserve para proteger o veículo, em particular também nas maiores velocida-des de impacto. Ele assim é tipicamente fornecido para o engate para aco-modar as forças de tração e impacto até uma magnitude definida e conduzirquaisquer forças que excedem aquela para um elemento dissipador de é-nergia e então adicionalmente conduzir a energia que excede o nível de e-nergia dimensionado para o chassi do veículo.

Deste modo, enquanto as forças de tração e impacto que ocor-rem durante a operação normal do veículo, por exemplo, entre os corpos doscarros individuais de um veículo multimembro, são absorvidas pelo engatenormalmente configurado regenerativamente, quando a carga de operaçãodo engate é excedida, por exemplo, com o veículo colidindo com um obstá-culo, o engate bem como quaisquer conexões acopladas ou articuladas quepode ser fornecido entre os corpos dos carros individuais, a interface entreos corpos dos carros individuais respectivamente, pode conceber-se queseja destruída ou danificada. Em energias de colisão mais altas, o engatesozinho não será suficiente para absorver toda a energia resultante. Isto dáorigem ao risco de envolver o chassi do veículo, respectivamente o corpointeiro do vagão ferroviário, na absorção adicional de energia. Ao fazê-lo su-jeita os mesmos a cargas extremas e tem a possibilidade de causar danosou mesmo destruir os mesmos. Nestes casos, os corpos dos vagões ferrovi-ários correm o risco de descarrilamento.

Um elemento dissipador de energia destrutivo freqüentemente éusado como um dispositivo dissipador de energia adicional ou único com oobjetivo de proteger o chassi do veículo contra danos a partir de impactosseveros, os mesmos sendo projetados, por exemplo, a fim de responderquando a absorção operacional do engate é esgotada e absorver, e destemodo dissipar, pelo menos uma parte da energia transferida pelo fluxo deforça através do dito elemento dissipador de energia. Um exemplo concebí-vel de elementos dissipadores de energia são corpos de deformação que,em conseqüência de uma força compressiva crítica ser excedida, converte aenergia de impacto em energia e calor de deformação através de uma de-formação plástica destrutiva (deliberada).

Um elemento dissipador de energia que utiliza um tubo de de-formação para converter a energia do impacto apresenta uma curva caracte-rística essencialmente retangular, por meio do qual é assegurada a máximaabsorção de energia seguindo a ativação do dito elemento dissipador de e-nergia.

O uso de um elemento dissipador de energia em um elementoabsorvedor de choque é conhecido, por exemplo, a partir do DE 102 52 175Α1. Nesta técnica anterior, o absorvedor de choque é configurado como umabsorvedor de choque de pistão para estruturas de suporte estacionárias oumóveis. Ele faz uso de uma estrutura telescópica que compreende um invó-lucro do absorvedor de choque na forma de uma manga do absorvedor dechoque, um membro de transferência de força na forma de um pistão aco-modado pelo menos parcialmente ali, bem como um elemento de amorteci-mento na forma de, por exemplo, uma mola ou corpo elastômero. Com estetipo de estrutura, o invólucro do absorvedor de choque serve como um guialongitudinal e como suporte contra forças laterais, enquanto o elemento ab-sorvedor de choque (mola ou corpo elastômero) acomodado no invólucro doabsorvedor de choque serve para transmitir força na direção longitudinal.

A publicação impressa DE 102 52 175 A1 considera o problemadas forças de impacto que excedem a carga de operação característica doabsorvedor de choque de pistão não sendo conduzidas adicionalmente sematenuação para a estrutura de suporte em conseqüência do curso máximodo absorvedor de choque ser alcançado, isto é, após o amortecimento ca-racterístico do elemento de amortecimento ter sido esgotado. Para este fim,os membros de guia deste absorvedor de choque de pistão conhecido natécnica anterior são projetados de modo que após o curso do máximo doabsorvedor de choque ter sido esgotado, um membro guia do absorvedor dechoque bate em um descarregador definido e deste modo rompe as cone-xões rompíveis fornecidas apropriadamente entre o membro guia do pistão eo pistão. O fornecimento de tais conexões rompíveis permite o aumento dotamanho de deformação do absorvedor de choque uma vez que um movi-mento relativo do pistão em direção ao invólucro do absorvedor de choque épermitido uma vez que as conexões rompíveis falhem. O tamanho de defor-mação aumentado atingível deste modo permite que o invólucro do absorve-dor de choque deforme plasticamente em conseqüência de sobrecarga.

Especificamente, uma seção de extremidade do pistão é aco-modada telescopicamente no invólucro do absorvedor de choque na soluçãoconhecida a partir de publicação impressa DE 102 52 175 A1. Quando asconexões rompíveis respondem, o pistão se move em direção ao invólucrodo absorvedor de choque, em conseqüência do que o invólucro do absorve-dor de choque é deformado plasticamente de modo que a energia do impac-to é convertida destrutivamente em energia e calor de deformação.

Nesta solução conhecida da técnica anterior, é conferida ao in-vólucro do absorvedor de choque a função de um elemento dissipador deenergia em conseqüência de sobrecarga, o qual é projetado para responderquando se excede uma força de impacto crítica introduzida em uma extremi-dade frontal do elemento dissipador de energia e absorver pelo menos umaparte da energia do impacto resultante da transferência da força de impactoatravés do elemento dissipador de energia pela deformação plástica, isto é,convertê-la em energia e calor de deformação. Consequentemente é forne-cida absorção de choque na deformação do invólucro do absorvedor dechoque que ocorre com a sobrecarga. Consequentemente, o absorvedor dechoque de pistão conhecido desta técnica anterior é projetado para protegera estrutura de suporte até certo âmbito de danos em conseqüência de fortescolisões.

A desvantagem nesta é que, baseada neste projeto, esta solu-ção da técnica anterior só pode fazer uso de aproximadamente a metade dotamanho total do absorvedor de choque quando absorve o choque. Após oinvólucro do absorvedor de choque deformar, é em particular impossível, nasolução conhecida, ter um encurtamento adicional na direção longitudinal doabsorvedor de choque, e assim tampouco uma deformação plástica do invó-lucro do absorvedor de choque.

Dito isto, é adicionalmente conhecido da técnica anterior o usode um elemento dissipador de energia, por exemplo, na forma de um tubo dedeformação, como um absorvedor de choque. O absorvedor de choque res-ponde em conseqüência de uma força de resposta crítica ser excedida, pelaqual pelo menos uma parte da energia resultante da transferência da força éconvertida em energia de deformação e calor e assim "absorvida" através dadeformação plástica do tubo de deformação. Desta forma é sabido que pres-sionar o tubo de deformação através de um furo cônico fornecido, por exem-plo, em uma placa de bocal, consegue a redução de sua seção transversal.Ou o tubo de deformação sofre um aumento da seção transversal enquantoé comprimido sobre um anel cônico. Nesta modalidade de um absorvedor dechoque, tem que ser fornecido espaço adicional para receber o tubo de de-formação deformado plasticamente.

Baseado nestas desvantagens, a tarefa na qual a presente in-venção é baseada é a de desenvolver adicionalmente um elemento dissipa-dor de energia do tipo citado no início, de modo que o espaço requerido parareceber o elemento dissipador de energia quando da dissipação de energiapossa ser usado tão otimizadamente quanto possível. Em particular, um e-Iemento dissipador de energia do tipo citado no início é para ser desenvolvi-do adicionalmente de modo que o elemento dissipador de energia quandoativado possa se deformar plasticamente sobre o curso de deformação maislongo possível - em relação ao seu tamanho total - na direção longitudinaldo dito elemento dissipador de energia de modo a permitir dissipação deenergia suficientemente alta a partir de uma resposta definida do elementodissipador de energia bem como de uma seqüência previsível de eventosdurante a absorção da energia.

Esta tarefa é resolvida de acordo com a invenção através de umelemento dissipador de energia do tipo citado no início sendo provido de pe-lo menos um elemento de deformação formado a partir de um perfil e que seestende ao longo do eixo geométrico longitudinal do corpo oco que forma aparede do elemento dissipador de energia configurado como um corpo ocoque se estende longitudinalmente.

Para o elemento dissipador de energia configurado na forma deum corpo oco como um elemento de deformação, pela presente é concebí-vel utilizar, por exemplo, um elemento de deformação toroidal configurado apartir de um perfil, por exemplo, um perfil oco, em que o eixo geométrico derotação do elemento de deformação toroidal corresponde ao eixo geométricolongitudinal do corpo oco. Em uma concepção preferencial, pelo menos doiselementos de deformação toroidal são fornecidos, em que cada um se es-tende ao longo do eixo geométrico longitudinal do corpo oco, pela qual o ei-xo rotacional de cada um dos pelo menos dois elementos de deformaçãotoroidais corresponde ao eixo geométrico longitudinal do corpo oco. Natu-ralmente, entretanto, também é possível utilizar apenas um único elementode deformação toroidal para formar o elemento dissipador de energia.

Da mesma forma é concebível, com referência a este assunto,utilizar como uma alternativa para o elemento dissipador de energia configu-rado na forma de um corpo oco como um elemento de deformação em formahelicoidal ou espiral formado a partir de um perfil, pela qual o eixo geométri-co longitudinal do elemento de deformação corresponde ao eixo geométricolongitudinal do corpo oco. O elemento de deformação em forma helicoidal ouespiral pode desse modo ter preferencialmente pelo menos duas espiraiscom ou sem separação.

As vantagens possíveis com a solução inventiva são óbvias: in-dependente de se um elemento de deformação toroidal formado a partir deum perfil ou um elemento de deformação em forma espiral ou helicoidal for-mado a partir de um perfil é usado, é formado um elemento dissipador deenergia essencialmente cônico ou tubular. A superfície periférica do elemen-to dissipador de energia é formada pelas próprias superfícies das bobinas.

Devido a pelo menos um elemento de deformação toroidal ou em forma es-piral/helicoidal ser formado a partir de um perfil, um perfil oco em particular,os elementos de deformação toroidal individuais, as bobinas individuais doelemento de deformação em forma espiral ou helicoidal respectivamente,deformam plasticamente quando o elemento dissipador de energia é ativado.

Isto tem como conseqüência que quando o elemento dissipador de energiaresponde, o tamanho do bloco do elemento dissipador de energia em suadeformação máxima é particularmente pequeno relativamente ao tamanhodo elemento dissipador de energia em seu estado não-deformado compara-do com as soluções conhecidas a partir da técnica anterior descritas acima.

A solução inventiva permite a dissipação de uma grande quanti-dade de energia com um pequeno encurtamento longitudinal do elementodissipador de energia. Deste modo, o espaço necessário para instalar o e-Iemento dissipador de energia e para a sua disposição no caso de uma coli-são pode ser reduzido.Devido à estrutura especial para o elemento dissipador de ener-gia configurado como um corpo oco que compreende pelo menos um ele-mento de deformação formado a partir de um perfil e que se estende ao lon-go do eixo geométrico longitudinal do corpo oco, o elemento dissipador deenergia tem uma característica de autoestabilização quando absorve energi-a. Isto permanece particularmente verdadeiro em cada estado de deforma-ção do elemento dissipador de energia. Desse modo é possível uma se-qüência previsível de eventos para a absorção de energia. Além disso, oelemento dissipador de energia pode ser estruturalmente conectado a com-ponentes adicionais tanto axialmente bem como radialmente desde que oelemento dissipador de energia exiba estabilidade estrutural suficiente longi-tudinal e lateralmente não apenas em seu estado não-deformado, mas tam-bém em seu estado deformado.

Uma vantagem adicional da solução inventiva é notada pelo fatode que o comportamento de resposta do elemento dissipador de energia éinsensível a quaisquer imperfeições que possam existir no material do ditoelemento dissipador de energia.

Estas vantagens então também podem ser obtidas quando umelemento de deformação em forma espiral ou helicoidal formado a partir deum perfil é usado para o elemento de deformação que se estende ao longodo eixo geométrico longitudinal do corpo oco, em que o eixo geométrico Ion^gitudinal do elemento de deformação em forma espiral ou helicoidal corres-ponde ao eixo geométrico longitudinal do corpo oco. A vantagem do elemen-to de deformação em forma espiral ou helicoidal pode ser vista durante adeformação, existe uma deformação contínua da seção transversal de perfilespiral ou helicoidal na direção da hélice ou do eixo geométrico longitudinalda espiral a um nível virtualmente constante de força de deformação.

O perfil a partir do qual pelo menos um elemento de deformação(elemento de deformação toroidal ou helicoidal) que se estende ao longo doeixo geométrico longitudinal do corpo oco é formado, pode exibir qualquergeometria de seção transversal discricionária tal como, em particular, umageometria de seção transversal circular, elíptica, hexagonal ou retangular.Tendo dito isto, é naturalmente concebível que o perfil seja configurado co-mo um perfil de seção transversal aberta tal como, por exemplo, um perfilque tem uma seção transversal em forma de "L", "U", duplo T, ou Z.

O corpo oco que se estende longitudinalmente do elemento dis-sipador de energia que é formado por pelo menos um elemento de deforma-ção formado a partir de um perfil oco e que se estende ao longo do eixo ge-ométrico longitudinal do corpo oco pode exibir uma seção transversal quenão muda através da direção longitudinal do elemento dissipador de energia.Por outro lado, naturalmente também é possível que a seção transversal docorpo oco varie através da direção longitudinal do elemento dissipador deenergia. Em particular, pela presente é concebível para o corpo oco exibiruma forma afunilada. Este tipo de desenho cônico tem a vantagem de maiorestabilidade para o elemento dissipador de energia relativa às forças e mo-mentos laterais e relativa às forças longitudinais excêntricas.

Um desenvolvimento adicional preferencial do elemento dissipa-dor de energia inventivo no qual a parede do corpo oco é formada a partir deuma pluralidade de elementos de deformação toroidais em uma disposiçãocontígua, e que podem ser unidos por encaixe do material, fornece pelo me-nos um elemento de deformação toroidal auxiliar formado a partir de um per-fil oco, em que seu eixo geométrico de rotação corresponde aos eixos derotação da pluralidade de elementos de deformação toroidais. O elementode deformação toroidal auxiliar pode pela presente ser disposto em um sulcoanelar formado entre dois elementos de deformação toroidal contíguos econectado aos elementos de deformação toroidal contíguos através de en-caixe do material ou adesivo. Por outro lado, entretanto, também é concebí-vel dispor o elemento de deformação toroidal auxiliar externamente a umsulco anelar formado entre dois elementos de deformação toroidais contí-guos.

Tendo dito isto, é concebível com um elemento dissipador deenergia no qual o elemento de deformação configurado como um elementoespiral ou helicoidal é formado a partir de um perfil oco que se estende aolongo do eixo geométrico longitudinal do corpo oco, para um elemento dedeformação em forma espiral ou helicoidal ser fornecido adicionalmente aodito elemento de deformação espiral ou helicoidal, em que o eixo geométricolongitudinal deste elemento de deformação em forma espiral ou helicoidalauxiliar corresponde ao eixo geométrico longitudinal do elemento de defor-mação. No processo, as bobinas do elemento de deformação em forma espi-ral ou helicoidal podem ser dispostas em um sulco configurado entre as bo-binas do dito elemento de deformação espiral ou helicoidal. Entretanto natu-ralmente também é concebível para o elemento de deformação em formaespiral ou helicoidal auxiliar exibir uma direção de bobina diferente e/ou pas-so diferente comparado com o elemento de deformação espiral ou helicoidalde modo que o elemento de deformação em forma espiral ou helicoidal auxi-liar não esteja disposto em um sulco configurado entre as bobinas do ele-mento de deformação espiral ou helicoidal. O elemento de deformação emforma espiral ou helicoidal auxiliar é conectado preferencialmente ao ele-mento de deformação espiral ou helicoidal pelo menos em um ponto por en-caixe do material ou adesivo. Naturalmente também pode ser concebívelpara o elemento de deformação em forma espiral ou helicoidal auxiliar serpreso ao elemento de deformação espiral ou helicoidal por tensão.

A seguir serão feitas referências às figuras em anexo na descri-ção das modalidades do elemento dissipador de energia inventivo em maio-res detalhes.

São mostradas:

Figura 1: uma vista lateral de uma primeira modalidade do ele-mento dissipador de energia.

Figura 2: uma representação de corte longitudinal do elementodissipador de energia retratado na Figura 1 de acordo com a primeira moda-lidade da invenção;

Figura 3: uma vista lateral de uma segunda modalidade do ele-mento dissipador de energia inventivo;

Figura 4: uma representação de corte longitudinal do elementodissipador de energia retratado na Figura 3 de acordo com a segunda moda-lidade da invenção;Figura 5: uma vista lateral de uma terceira modalidade do ele-mento dissipador de energia inventivo;

Figura 6: uma representação de corte longitudinal do elementodissipador de energia retratado na Figura 5 de acordo com a terceira moda-lidade da invenção;

Figura 7: uma vista lateral de uma quarta modalidade do ele-mento dissipador de energia inventivo;

Figura 8: uma representação de corte longitudinal do elementodissipador de energia retratado na Figura 7 de acordo com a quarta modali-dade da invenção;

Figura 9: formas de seção transversal concebíveis para o perfiloco a partir dos quais pelo menos um elemento de deformação é formado;

Figura 10a: uma vista perspectiva de uma modalidade do ele-mento dissipador de energia no estado não-deformado; e

Figura 10b: uma representação de corte longitudinal do elemen-to dissipador de energia retratado na Figura 10a em deformação máxima.

A Figura 1 retrata uma vista lateral de uma primeira modalidadedo elemento dissipador de energia 1. O elemento dissipador de energia 1 édisposto entre um elemento de transferência de força 4 e uma placa base 5de modo que as forças compressivas introduzidas no elemento de transfe-rência de força 4 serão transmitidas pela parede 2 do elemento dissipadorde energia 1 para a placa base 5. Como retratado, o elemento dissipador deenergia 1 é configurado na forma de um corpo oco que se estende na dire-ção longitudinal L. A superfície periférica do corpo oco é formada pela pare-de 2 do elemento dissipador de energia 1.

Com a primeira modalidade do elemento dissipador de energia 1inventivo retratada na Figura 1, a parede 2 do dito elemento dissipador deenergia 1 é formada por uma pluralidade de elementos de deformação toroi-dais 3.1 a 3.n. Estes elementos de deformação toroidais 3.1 a 3.η são dis-postos de modo que o eixo geométrico de rotação L' de cada elemento deformação toroidal 3.1 a 3.η corresponde ao eixo geométrico longitudinal L docorpo oco.Pode ser visto diretamente a partir da representação da Figura2, a qual mostra uma representação de corte longitudinal do elemento dissi-pador de energia 1 mostrado na Figura 1, que os elementos de deformaçãotoroidal 3.1 a 3.η são empilhados emparelhados na direção longitudinal L doelemento dissipador de energia 1. Os elementos de deformação toroidaiscontíguos 3.1 a 3.η são interconectados. Pela presente é concebível para oselementos de deformação toroidal individuais 3.1 a 3.n ser externa e/ou in-ternamente conectados juntos radial e/ou longitudinalmente por meio de li-nhas de junção soldadas ou pontos de solda. Embora também seja natural-mente concebível ligar por tensão ou adesivamente as superfícies de conta-to dos elementos de deformação toroidal 3.1 a 3.η contíguos respectivamente.

Pode ser visto adicionalmente a partir da representação da Figu-ra 2 que cada elemento de deformação toroidal 3.1 a 3.n é formado a partirde um perfil. Fazendo assim, os perfis ocos fechados que têm uma forma deseção transversal circular são usados especificamente. Naturalmente tam-bém é concebível fazer uso de perfis que tenham outras geometrias de se-ção transversal, por exemplo, hexagonal, elíptica ou retangular para formaros elementos de deformação toroidal 3.1 a 3.n.

A Figura 9 mostra exemplos de geometrias de seção transversalde perfis possíveis. Geralmente falando, embora o material metálico sejaadequado como o material do perfil, os plásticos também são concebíveis,por exemplo, termoplásticos ou plásticos reforçados com fibra.

A Figura 3 mostra uma vista lateral de uma segunda modalidadede elemento dissipador de energia inventivo 1. A Figura 4 é uma representa-ção de corte longitudinal do elemento dissipador de energia 1 retratado naFigura3.

A segunda modalidade do elemento dissipador de energia inven-tivo 1 difere da modalidade previamente descrita com referência às repre-sentações das Figuras 1 e 2 pelo fato de que adicionalmente aos elementosde deformação toroidais 3.1 a 3.n, é fornecida uma pluralidade de elementosde deformação toroidais auxiliares 6.1 a 6.n. Estes elementos de deforma-ção toroidais auxiliares 6.1 a 6.η são igualmente formados a partir de umperfil. O perfil dos elementos de deformação auxiliares 6.1 a 6.η pode teruma seção transversal que difere da seção transversal do perfil oco usadopara os elementos de deformação toroidal 3.1 a 3.n. Na modalidade do ele-mento dissipador de energia 1 retratado nas Figuras 3 e 4, os elementos dedeformação toroidal auxiliares 6.1 a 6.n tem uma seção transversal menordo que os elementos de deformação 3.1 a 3.n. As seções transversais doselementos de deformação auxiliares 6.1 a 6.n, entretanto, também podemser do mesmo tamanho ou maiores do que as seções transversais dos ele-mentos de deformação 3.1 a 3.n.

Como pode ser notado particularmente a partir da representaçãoda Figura 4, cada elemento de deformação toroidal auxiliar 6.1 a 6.η é dis-posto em um sulco anelar entre dois elementos de deformação toroidal con-tíguos. Como mostrado, por exemplo, na Figura 9, geometrias de seçãotransversal diferentes são aplicáveis para a forma da seção transversal doperfil usado para formar os elementos de deformação toroidal auxiliares 6.1a 6.n.

As Figuras 5 e 6 retratam uma terceira modalidade do elementodissipador de energia inventivo 1. Em detalhes, a Figura 5 mostra uma vistalateral de um elemento dissipador de energia 1 de acordo com a terceiramodalidade enquanto a Figura 6 mostra uma representação de corte longi-tudinal do elemento de dissipador de energia 1 retratado na Figura 5.

Ao contrário da primeira modalidade do elemento dissipador deenergia inventivo 1, a terceira modalidade faz uso de apenas um elementode deformação formado a partir de um perfil e que se estende ao longo doeixo geométrico longitudinal do corpo oco. Este elemento de deformaçãoúnico é configurado aqui como um elemento de deformação helicoidal 3, emque seu eixo geométrico longitudinal L' corresponde ao eixo geométrico lon-gitudinal L do corpo oco. Em detalhes, o elemento de deformação helicoidal3 exibe uma pluralidade de bobinas empilhadas 7.1 a 7.n com ou sem sepa-ração, em que as bobinas individuais das bobinas de perfil contíguo respec-tivamente 7.1 a 7.η do elemento de deformação helicoidal 3 podem ser co-nectadas juntas através de, por exemplo, encaixe do material.

Alternativamente ou adicionalmente a isto, é concebível forne-cer, por exemplo, linhas de junção soldadas no lado externo da parede 2 doelemento dissipador de energia 1 e/ou no lado interno da parede do dito e-lemento dissipador de energia 1.

O perfil a partir do qual o elemento de deformação helicoidal 3 éformado de acordo com as representações das Figuras 5 e 6, pode ter -como retratado - uma geometria de seção transversal circular. Como retra-tado exemplarmente na Figura 9, entretanto, outras formas de seção trans-versal também são concebíveis tais como, por exemplo, formas de seçãotransversal elíptica, hexagonal ou retangular. O perfil a partir do qual o ele-mento de deformação helicoidal 3 é formado é preferivelmente de um mate-rial metálico, embora outros materiais como plásticos também possam seradequados.

As Figuras 7 e 8 retratam uma quarta modalidade do elementodissipador de energia inventivo 1. Esta quarta modalidade corresponde àterceira modalidade acima retratada, com referência às representações dasFiguras 5 e 6, em que em adição ao elemento de deformação helicoidal 3,entretanto, é fornecido um elemento de deformação helicoidal adicional auxi-liar 6 formado a partir de um perfil, em que seu eixo geométrico longitudinalcorresponde ao eixo geométrico longitudinal L1 do elemento de deformaçãohelicoidal. Como pode ser visto particularmente a partir da representação daFigura 8, é possível para as bobinas do elemento de deformação helicoidalauxiliar 6 serem dispostas em um sulco formado entre as bobinas 7.1 a 7.ηdo elemento de deformação helicoidal 3. Fazendo assim, o elemento de de-formação helicoidal auxiliar 6 é conectado ou ligado adesivamente ao ele-mento de deformação helicoidal 3 pelo menos em um ponto. Naturalmentetambém pode ser concebível que o elemento de deformação helicoidal auxi-liar 6 seja preso ao elemento de deformação helicoidal 3 por tensão.

A seguir serão referenciadas as representações das Figuras 10ae 10b para fornecer uma descrição mais detalhada de como funciona o ele-mento dissipador de energia inventivo 1. Embora as Figuras 10a e 10b mos-trem um elemento dissipador de energia 1 que exibe um elemento de defor-mação na forma de um corpo oco no qual o corpo oco é formado por umapluralidade de elementos de deformação toroidal 3.1 a 3.n, as consideraçõesa seguir também podem ser figurativamente aplicadas aos elementos dissi-padores de energia formados com o uso de elementos de formação espiraisou helicoidais.

A Figura 10a mostra um elemento dissipador de energia 1, comofoi descrito acima, por exemplo, referenciando as representações das Figu-ras 1 e 2, no estado não deformado. A Figura 10b mostra uma representa-ção de um corte longitudinal do elemento dissipador de energia 1 na defor-mação máxima.

Como as figuras ilustram, pode ser visto que um elemento dissi-pador de energia 1, configurado de acordo com os ensinamentos da presen-te invenção, converte a energia do impacto na energia e calor de deforma-ção através da deformação plástica das seções transversais do perfil oco aolongo do eixo L do toro após uma força de resposta crítica predefinível tersido excedida. Devido à estrutura toroidal não ser destruída ao absorver e-nergia, o elemento dissipador de energia 1 exibe uma estabilidade estruturallateral e longitudinal mesmo no estado deformado. Isto permite que o ele-mento dissipador de energia 1 seja conectado estruturalmente a componen-tes adicionais tanto na direção axial bem como na radial.

Como pode ser visto especialmente na Figura 10b, na ativaçãodo elemento dissipador de energia 1, os elementos de deformação toroidais3.1 a 3.n formados a partir de perfis ocos comprimem o elemento de defor-mação na direção longitudinal do dito elemento dissipador de energia 1. Istotambém permanece verdadeiro figurativamente para um elemento dissipadorde energia 1 que não faz uso de um ou múltiplos elementos de deformaçãotoroidais, mas em vez disso utiliza um elemento de deformação espiral ouhelicoidal. No caso de uma estrutura espiral ou helicoidal, quando o elemen-to dissipador de energia é ativado ocorre uma deformação contínua da se-ção transversal do perfil oco ao longo do eixo helicoidal, ao longo do eixogeométrico longitudinal do dito elemento dissipador de energia respectiva-mente, em que isto ocorre em um nível virtualmente estável de força de de-formação na direção do eixo geométrico longitudinal espiral ou helicoidal. Nocaso de uma estrutura toroidal para o elemento dissipador de energia, umadeformação seqüencial das seções transversais do perfil oco dos elementosde deformação toroidal individuais 3.1 a 3.η ocorre na ativação do elementodissipador de energia 1 de modo que as forças de deformação apenas osci-lam levemente.

Independentemente de se uma estrutura espiral/helicoidal ouestrutura toroidal é selecionada para elemento de deformação 3 ou 3.1, oelemento de deformação tem uma característica autoestabilizante em cadaestado de deformação respectivo. O desenho de perfil desse modo permiteuma baixa relação entre o tamanho do bloco do elemento dissipador de e-nergia na deformação máxima e o tamanho inicial no estado não-deformado.

A invenção não é limitada as modalidades de elemento dissipa-dor de energia 1 retratadas nas figuras. É particularmente concebível para asuperfície externa e/ou interna do elemento dissipador de energia 1 configu-rado como um corpo oco ser reforçada ou soldada, em que ambas as estabi-Iidades dinâmica e estática na direção longitudinal bem como na direção la-teral do elemento dissipador de energia 1 podem então ser obtidas. O nívelde força de deformação pode ser desse modo aumentado, pelo que ocorreum aumento vantajoso na energia absorvida nas mesmas seções transver-sais do perfil e na mesma espessura de material uma vez que o curso má-ximo de deformação exaurível é apenas levemente reduzido a despeito daslinhas de junção soldadas.

Também é concebível para o elemento dissipador de energia 1ser configurado na forma de um corpo oco que tem uma seção transversalque muda ao longo do eixo geométrico longitudinal. Embora precise perma-necer assegurado neste caso, que o perfil geométrico tem que ser deformá-vel na direção longitudinal do elemento dissipador de energia. Exemplos demudanças na seção transversal podem ser duas ou mais seções transver-sais dispostas alternadamente ou seções transversais afuniladas ou expan-didas que se estendem na direção longitudinal do elemento dissipador deenergia para assim formar, por exemplo, uma pirâmide cônica ou truncadacomo forma básica do elemento dissipador de energia. É adicionalmenteconcebível para o diâmetro da bobina do elemento de deformação toroidal,que o elemento de deformação helicoidal ou espiral respectivamente varieao longo do comprimento do elemento dissipador.

A Figura 9 retrata exemplos de perfis concebíveis de seçãotransversal. Portanto são aplicáveis perfis ocos fechados que têm, por e-xemplo, seções transversais anelares, retangulares, hexagonais ou ovais.Embora não seja mostrado explicitamente, uma forma de seção transversalaberta também é possível para o perfil, por exemplo, uma forma de seçãotransversal em forma de "L", "U", duplo T ou Z.

Como já foi indicado acima, o elemento dissipador de energiainventivo é aplicável como um absorvedor de choque que tem uma placabase e um elemento de transferência de força, em que o elemento dissipa-dor de energia é disposto entre a placa base e o elemento de transferênciade força. Em uma modalidade preferencial de tal absorvedor de choque, oelemento dissipador de energia é montado entre a placa base e o elementode transferência de força sem folga.

O elemento dissipador de energia pode ser estruturalmente co-nectado a componentes adicionais tanto na direção axial bem como radialdesde que o elemento dissipador de energia exiba uma estabilidade estrutu-ral na direção longitudinal e lateral mesmo no estado deformado, e que pos-sa ser mesmo maior do que no estado inicial não-deformado. Uma conexãoé vantajosa, por exemplo, para corpos diretamente contíguos internos ouexternos que têm a mesma seção transversal tubular que corresponde aoelemento dissipador de energia, em que o suporte de fricção deslizante adi-cionado que acompanha a deformação gera um curso uniforme para a forçade deformação.

Um absorvedor de choque que faz uso do elemento dissipadorde energia inventivo é particularmente aplicável como um para-choque late-ral na extremidade frontal de um veículo guiado por trilho, em particular umveículo ferroviário, ou em um batente de para-choque. Entretanto, outrasaplicações também são naturalmente concebíveis, por exemplo, em outrosveículos ou em aplicações estacionárias.

Claims (12)

1. Elemento dissipador de energia (1) para veículos e constru-ções estacionárias na forma de um corpo oco que se estende em uma dire-ção longitudinal (L)1 em que o elemento dissipador de energia (1) compreen-de uma parede (2) que forma uma superfície periférica do corpo oco, e emque o elemento dissipador de energia (1) é projetado para responder a umaforça que excede a força de impacto crítica aplicada a uma extremidade dodito elemento dissipador de energia (1) e desse modo converter pelo menosuma parte da energia de impacto resultante da transferência da força de im-pacto através do elemento dissipador de energia (1) em energia e calor dedeformação através da deformação plástica;em que pelo menos um elemento de deformação (3, 3.1 a 3.n)formado a partir de um perfil e que se estende ao longo do eixo geométricolongitudinal (L) do corpo oco é fornecido e forma a parede (2) do dito ele-mento dissipador de energia (1),em que o elemento de deformação que se estende ao longo doeixo geométrico longitudinal (L) do corpo oco é configurado como um ele-mento de deformação em forma espiral ou helicoidal (3), em que o seu eixogeométrico longitudinal (L) corresponde ao eixo geométrico longitudinal (L)do corpo oco, eem que o elemento de deformação em forma espiral ou helicoi-dal (3) exibe duas bobinas empilhadas (7.1 a 7.n), preferencialmente semseparação caracterizado pelo fato de que as superfícies de contato das bo-binas contíguas (7.1 a 7.n) são unidas preferencialmente por encaixe do ma-terial ponto a ponto.

2. Elemento dissipador de energia, de acordo com a reivindica-ção 1, em que pelo menos um elemento de deformação (3, 3.1, a 3.n) é for-mado a partir de um perfil oco de seção transversal fechada.

3. Elemento dissipador de energia (1), de acordo com a reivindi-cação 1 ou 2, em que pelo menos um elemento de deformação (3.1, a 3.n)que se estende ao longo do eixo geométrico longitudinal (L) do corpo oco éconfigurado para ser de uma forma toroidal, em que o eixo geométrico derotação (L') do elemento de deformação toroidal (3.1 a 3.n) corresponde aoeixo geométrico longitudinal (L) do corpo oco.

4. Elemento dissipador de energia (1), de acordo com qualqueruma das reivindicações precedentes, em que adicionalmente ao elementode deformação em forma espiral ou helicoidal (3), é fornecido um elementode deformação em forma espiral ou helicoidal auxiliar (6) formado a partir deum perfil, em particular um perfil oco, em que seu eixo geométrico longitudi-nal corresponde ao eixo geométrico longitudinal (L') do elemento de defor-mação em forma espiral ou helicoidal (3), em que as bobinas do elemento dedeformação auxiliar (6) são preferencialmente dispostas em um sulco forma-do entre as bobinas (7.1 a 7.n) do elemento de deformação (3), e em que oelemento de deformação auxiliar (6) é preferencialmente conectado ao ele-mento de deformação (3) pelo menos em um ponto por encaixe do material.

5. Elemento dissipador de energia (1), de acordo com a reivindi-cação 4, em que o elemento de deformação auxiliar (6) exibe uma direçãoe/ou passo da bobina diferente comparado ao elemento de deformação (3).

6. Elemento dissipador de energia (1), de acordo com qualqueruma das reivindicações precedentes, em que são fornecidos pelo menosdois elementos de deformação (3, 3.1, a 3.n) cada um formado a partir deum perfil, em particular um perfil oco, e que se estendem ao longo de umeixo geométrico longitudinal (L) do corpo oco e contíguos nas superfícies decontato, e em que os pelo menos dois elementos de deformação (3, 3.1, a 3.n) são unidos em uma conexão de encaixe do material que se estende nadireção longitudinal (L) do elemento dissipador de energia (1).

7. Elemento dissipador de energia (1), de acordo com qualqueruma das reivindicações precedentes, em que o perfil a partir do qual é for-mado pelo menos um elemento de deformação (3, 3.1, a 3.n) que se esten-de ao longo de um eixo geométrico longitudinal (L) do corpo oco, exibe porexemplo uma seção transversal circular, elíptica, hexagonal ou retangular.

8. Elemento dissipador de energia (1), de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 e 3 a 6, em que o perfil a partir do qual é formadopelo menos um elemento de deformação (3, 3.1, a 3.n) que se estende aolongo de um eixo geométrico longitudinal (L) do corpo oco, é configuradocomo um perfil de seção transversal aberta , em particular, como um perfilque tem uma seção transversal em forma de "L", "U", duplo T ou 2.

9. Elemento dissipador de energia (1), de acordo com qualqueruma das reivindicações precedentes, em que o corpo oco exibe uma seçãotransversal circular, elíptica, hexagonal ou retangular.

10. Elemento dissipador de energia (1), de acordo com qualqueruma das reivindicações precedentes, em que a seção transversal do corpooco é imutável ao longo da direção longitudinal (L) do dispositivo dissipadorde energia (1).

11. Elemento dissipador de energia (1), de acordo com qualqueruma das reivindicações 1 a 9, em que a seção transversal do corpo oco va-ria ao longo da direção longitudinal (L) do dispositivo dissipador de energia (1).

12. Absorvedor de choque, em particular para uso como um pa-ra-choque lateral na extremidade frontal de um veículo, em particular umveículo guiado por trilho, ou para uso em uma construção estacionaria, emparticular em um batente de para-choque, em que o absorvedor de choquecompreende o seguinte:uma placa base (5);um elemento de transferência de força (4); eum elemento dissipador de energia (10) montado entre a placabase (5) e o elemento de transferência de energia (4) sem folga de acordocom qualquer uma das reivindicações precedentes.