DE69200965T2

DE69200965T2 - Energieabsorbierende stoss-widerstandsfähige Platte.

Info

Publication number: DE69200965T2
Application number: DE1992600965
Authority: DE
Inventors: Charles Darnez; Maurice Dufort
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1991-01-16
Filing date: 1992-01-15
Publication date: 1995-07-27
Anticipated expiration: 2012-01-16
Also published as: DE69200965D1; EP0495715A2; EP0495715B1; FR2671595A1; EP0495715A3; FR2671595B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Tafel, so konzipiert, daß sie Stößen widersteht, indem sie deren Energie absorbiert auf Kosten von bleibenden Verformungen, die sich durch ihre Stauchung und Zerstörung ausdrücken, und die eine Tür, ein Tor oder eine mobile oder stationäre Tafel sein kann.
Man kennt Tafeln, die so konzipiert sind, daß sie Stößen standhalten aufgrund einer Verstärkung aus Rippen oder Aussteifungen z.B. aus FR-A-2 464 872, wo die Tafel eine Automobiltür ist, versteift durch ein Organ aus duroplastischem Harz. Obgleich es die Tür etwas versteift, ist es absolut nicht konzipiert für das Absorbieren eines heftigen und programmierten Stoßes, d.h. einer sehr spezifizierten Energie, was der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, und es weißt den Nachteil auf, Spannungen zu erzeugen bei der Herstellung der Tür. Bekannt sind auch noch Tafeln, die durch einen Schild geschützt werden, der gebildet wird durch den Zusammenbau von mit Flüssigkeit gefüllten Zellen, deren Zerbersten die Stoßenergie absorbiert (FR-A-2 548 276). Die erste Konzeption ist nicht immer anwendbar, denn das Stoßverhalten der Aussteifungen genau zu erfassen ist schwierig, und die zweite birgt das Risiko der Verschlechterung des Schilds, denn die Zellen müssen dicht bleiben, und sie kann aufgrund ihrer Komplexität nur für sehr starke Stöße verwendet werden.
Man verwendet ebenfalls Polyurethanschäume, um Stöße zu absorbieren, z.B. in DE-U-8511693, aber die Elastizitätskennwerte dieser Materialien variieren stark, vor allem in Abhängigkeit von der Feuchtigkeit, was dazu führt, daß dieses Material als solches nicht geeignet ist in Tafeln verwendet zu werden, die Stößen standhalten sollen, die genau definiert sind, z.B. durch Normen.
Die Erfindung betrifft eine Stopdämpfungstafel, bei der das Schutzmaterial gegen die Stöße Polyurethanschaum ist und die dennoch imstande ist, perfekt definierten Stößen zu widerstehen. Dazu ist der Polyurethanschaum ein steifer Schaum, der eine Kammer bzw. einen Kasten füllt, getragen durch eine steife Platte, verbunden mit einer Trägerstruktur. Der Kasten umfaßt eine Vorderseite (in die Richtung weisend, aus der der Stoß kommt), die leicht konvex ist in dieser Richtung, um eine gleichförmige Stauchung zu begünstigen. Der Kasten ist eventuell mit einer dichten Beschichtung verkleidet, um mehr Sicherheit zu bieten. Die Schaumschicht hat (senkrecht zur Tafel) eine Dicke, die vorzugsweise zehnmal größer ist als die der Vorderseite des Kastens, oder mehr.
Bei einer anderen Konzeption erstreckt sich der Kasten zwischen zwei Wänden, die dann einen Doppelkasten bilden.
Schließlich, ein steifer Schaum besteht aus einer Mischung aus Isocyanat und Polyalkohol und weist einen Porositätsgrad kleiner als 10% und eine Druckfestigkeit größer als 3 Megapascal auf, bei einer Dichte von 0,3.
Nun wird die Erfindung mehr im Detail beschrieben mit Hilfe der folgenden beigefügten Figuren, die beispielhaft sind und nicht einschränkend:
- die Figuren 1 und 2 stellen eine Ausführung der Erfindung für ein Tor dar, wobei die Figur 1 eine Vorderansicht ist und die Figur 2 eine Horizontalschnittansicht;
- die Figuren 3 und 4 stellen eine andere Ausführungsform der Erfindung für eine Autotür dar, wobei die Figur 3 eine Vorderansicht ist und die Figur 4 eine Horizontalschnittansicht; und
- die Figur 5 stellt das Verhalten des Kastens und seines Inhalts bei einem Stoß dar.
Die Figuren 1 und 2 stellen ein zu schützendes Tor 1 dar, das an einem vertikalen Pfosten 2 mittels wenigstens zwei Scharnieren 3 und 4 befestigt ist und sich an einem ebenfalls vertikalen, gegenüberstehenden Pfosten 5 abstützt mittels wenigstens zwei Anchlägen 6 und 7, die im Falle eines Stoßes weitere Befestigungspunkte bilden. Die seitlichen Ränder des Tors 1 erstrecken sich vor den Pfosten 2 und 5, was verhindert, daß das Tor 1 im Moment des Stoßes eingedrückt wird infolge des Abreißens der Scharniere 3 und 4 und der Anschläge 6 und 7. Ein Schloß 8 auf halber Höhe, zwischen den Anschlägen 6 und 7, kann diese Rolle mit übernehmen. Die Anschläge 6 und 7 ihrerseits befinden sich jeweils vertikal auf derselben Höhe wie die Scharniere 3 und 4 und definieren mit diesen im Falle eines Stoßes eine rechteckige Stützvorrichtung des Tors 1. Ein parallelflacher Kasten 9 erstreckt sich im wesentlichen in der Mitte des Tors 1, in dem erwähnten Rechteck, wenigstens größtenteils; er ist entweder ganz geschlossen oder, wie hier, auf der gegen das Tor 1 gekehrten Seite offen. In letzterem Fall genügt eine durchgehende Schweißnaht oder ein gleichwertiges Befestigungsmittel für den dichten Zusammenbau mit dem Tor 1; ein Zusammenbau mittels Durchsteckschrauben ist ausreichend, wenn der Kasten geschlossen ist. Es ist auf jeden Fall wichtig, daß die Struktur auf der Rückseite des Kastens 9 steif bleibt während Stoßes.
Die den Stößen ausgesetzte Vorderseite 10 des Kastens ist vorzugsweise dicker als dessen Seiten und bildet eine steife, auf der Stoßseite leicht konvexe Platte. Die seitlichen Blechplatten 10' weisen eine geringe Dicke auf. Sie sichern die Abstützung der Vorderseite 10 und die Abdichtung des den Schaum enthaltenden Kastens. Sie sind nicht dazu bestimmt, zur Festigkeit des Kastens 9 beizutragen und geben gleich zu Beginn des Stoßes nach.
Die Bleche des Kastens 9 sind vorzugsweise auf ihrer Innenseite mit einer Harzbeschichtung 11 versehen, was eine höhere Dichtheitsgarantie bietet. Die Beschichtung könnte auch ersetzt werden durch eine verformbare Hülle beliebiger Art.
Der Kasten 9 wird ganz ausgefüllt durch eine Polyurethanschicht 12, die eingespritzt wurde und die steif ist und einen geringen Grad an offener Porosität aufweist (in der Größenordnung von 5%) und eine hohe Druckfestigkeit (in der Größenordnung von 5 MPa bei einer Dichte von 0,3). Diese Schicht setzt sich vorzugsweise zusammen aus einer Mischung aus Isocyanat und Polyalkohol. Das Isocyanat ist im allgemeinen ein Vorpolymerisat (z.B. auf der Basis von Toluol, das den exothermen Charakter der Reaktion der Polymerisation erheblich dämpft. Der Polyalkohol hat als Basis häufig einen Polyether (z.B. des Saccharosestamms) der Zusätze zur Regelung des Vernetzungs- und Expansionsmechanismus enthält: Katalysatoren (z.B. Amine), porophore Wirkstoffe wie Chlorfluorkohlenstoffverbindungen, spannungsaktive Wirkstoffe (wie Siliconöle), um die Zellengröße zu regeln, Diethylenglycol, um die Polymerisationsketten zu verlängern, und eventuell flammenhemmende oder wärmeabsorbierende Zusätze unter der Voraussetzung, daß die Absorptionseigenschaften für Stoßenergie erhalten bleiben.
Diese absorbierte Energie kann mit großer Genauigkeit berechnet werden, wenn man das Versuchsverhalten des Stauchmaterials kennt. Tatsächlich steigt die Widerstandskraft gegen die Stauchung bei einem solchen steifen Schaum zunächst schnell und im wesentlichen linear an (Figur 5) bis zum Erreichen einer praktisch horizontalen Stufe, deren Höhe F abhängt vom dynamischen Charakter der ausgeübten Kraft und die sich verlängert, bis diese Stauchung die Hälfte E/2 der Dicke der Schaumschicht 12 erreicht. Die absorbierte Energie ist gleich dem Produkt aus der der Stufe entsprechenden Kraft mal der Breite der Stufe, ausgedrückt als Stauchungsweg, wenn man die sehr geringe Energie vernachlässigt, die während der ersten Phase absorbiert wird. Der erhaltene Wert ist unveränderlich, denn der dichte Kasten 9 schützt den Schaum vor den atmosphärischen oder anderen Verschlechterungen und insbesondere vor der Feuchtigkeit. Die steife und konvexe Vorderseite 10 garantiert eine gleichmäßige Stauchung über die gesamte Fläche der Schicht 12.
Man dimensioniert die Schaumschicht 12 daher mit einer Dicke, die wenigstens doppelt so groß ist wie die Stauchung, die für den hypothetischen Stoß berechnet wurde, dem diese Tafel widerstehen soll. Die Festigkeit des Schaums hängt ab von den Polymerisationsbedingungen und vor allem von seiner Dichte, d.h. von der Zusammensetzung der Mischung.
Eine weitere Ausführung ist in den Figuren 3 und 4 dargestellt. Die zu schützende Struktur ist hier eine Automobiltür 15, die vorn verbunden ist mit einer Karrosserie 16 durch zwei Scharniere 17 und 18 und diese Karrosserie 16 hinten überlappt an Anschlagstellen oder Schlössern 19 und 20: es wäre bei einer solchen Konzeption vorteilhaft, das übliche Türenverschlußsystem etwas zu verändern, indem man zwei hintere Anschlag- oder Befestigungsstellen 19 und 20 vorsieht, die sich auf derselben Höhe befinden wie die Scharniere 17 und 18. Eine Überlappung 21 ist unten an der Tür angebracht, im wesentlichen auf halber Breite, um die Durchbiegung der Tür 15 im Falle eines Stoßes zu begrenzen.
Ein dichter Kasten 23 schützt die Tür 15. Er wird gebildet durch ein ziemlich dünnes Blech, das sich erstreckt zwischen dem nach außen konvexen Außenblech 24 und einer verstärkten Stützplatte 25, die ihn trennt von einem Raum 26 für das Fenster. Das Innenblech der Tür hat die Referenz 27. Das Außenblech 24 könnte ausgesteift sein, um im Falle eines Stoßes seine ursprüngliche Form zu behalten und eine Schaumschicht 28 gleichmäßig zu stauchen, die den Kasten 23 füllt. Die Stützplatte 25 stützt sich im Falle eines Stoßes ab auf der Karrosserie 16 und bleibt steif, denn sie ist zu diesem Zweck verstärkt.
Die Schaumschicht 28 ist bei dieser Konzeption in direktem Kontakt mit den Blechen 24 und 25. Das Stoßverhalten entspricht dem der vorhergehenden Ausführung. Man kann einen kreuzförmig geformten Kasten 23 vorsehen, mit einem horizontalen Teil 29, der sich fast über die gesamte Breite der Tür erstreckt, und einen vertikalen Teil 30, der sich praktisch von der Unterseite der Tür bis zu der Fensteröffnung 26 erstreckt. Es sind noch weitere Konstruktionen sowie andere Anwendungen der Erfindung denkbar.

Claims

1. Tafel, eine Stoßdämpfungsvorrichtung umfassend, gekennzeichnet durch eine steife Platte (1, 15), verbunden mit einer Trägerstruktur (2, 5, 16), und eine dichte Kammer (9, 23), gefüllt mit steifem Polyurethanschaum, vor der steifen Platte, wobei die dichte Kammer eine Vorderseite (10, 24) aufweist, die leicht konvex ist auf der Stoßseite.

2. Tafel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Polyurethanschaum eine Dicke von wenigstens zehnmal der Dicke der Vorderseite aufweist.

3. Tafel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Schaums so berechnet wird, daß er im Falle eines Stoßes, den die Tafel aushalten muß, auf höchstens die Hälfte der besagten Dicke zusammengedrückt wird.

4. Tafel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die steife Platte mit der Trägerstruktur um die Kammer herum durch wenigstens vier Verankerungspunkte (3, 4, 6, 7, 17, 18, 19, 20) verbunden ist.

5. Tafel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaum eine Mischung aus Isocyanat und Polyol mit einem Porositätsgrad kleiner als 10% und einer Druckfestigkeit größer als 3 Megapascal für eine Dichte von 0,3 ist.

6. Tafel nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer seitliche Elemente geringer Steifigkeit (10') umfaßt, dazu bestimmt, den Schaum einzuschließen und die Vorderseite (10) zu stützen und ausgelegt, um dem Stoß nachzugeben.