Crash-Energieabsorber-Element,

Anbindungselement mit einem solchen Crash-Energieabsorber-Element, sowie Luftfahrzeug

Die Erfindung betrifft ein Crash-Energieabsorber-Element gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , welches einen Energieabsorber sowie ein im Crashfall irreversibel versagendes Crashelement aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Anbindungselement und ein Luftfahrzeug mit einem solchen Crash-Energieabsorber- Element.

Ein Crash-Energieabsorber-Element dient bei einem Unfall oder einem anderen Zerstörungsfall, im Folgenden als „Crashfall" bezeichnet, zur Umwandlung der beispielsweise bei einem Aufprall auftretenden kinetischen Energie in eine Formänderung eines dafür vorgesehenen deformierbaren Bauteils. Ein solches Bauteil wird auch als Crashelement bezeichnet. Die Energieumwandlung führt zu einem mindestens abschnittsweise irreversiblen Versagen des Crashelements. Häufig bestehen solche Crashelemente aus Faserverbundwerkstoffen, zum Beispiel in Form von rohrförmigen Hohlkörpern, die im Crashfall vorrangig in Längsrichtung beansprucht werden und die Energie durch plastische Verformung aufnehmen.

Ein gattungsgemäßes Crash-Energieabsorber-Elemente ist aus DE 196 23 449 A1 bekannt. Es weist ein in ein längskraftübertragendes Lager eingeführtes, Stoßenergie absorbierendes Rohrelement aus faserverstärktem Verbundmaterial auf, wobei das Lager entsprechende öffnungen aufweist, durch die aufprallbedingt aufgerissenes Verbundmaterial austreten kann. Dadurch wird sichergestellt, dass auch bei aufgerissenem Verbundmaterial eine Verbindung zwischen dem Rohr- efement und dem Lager besteht, was z. B. zum Abschleppen eines verunfallten Kraftfahrzeuges erforderlich ist. Nachteilig ist jedoch, dass die „Triggerung", d.h. der Auslösepunkt für das Einsetzen des Versagensverhaltens, lediglich durch das

Rohrelement vorgegeben ist und folglich nur in sehr begrenztem Maße variabel einstellbar ist.

Zudem sind aus der EP 1 316 409 A1 und der DE 100 36 169 A1 Faserverbund- Crashstrukturen mit einem kegelstumpfförmigen Querschnitt mit einer konstanten oder einer sich stufenförmig verändernden Wandstärke bekannt. Dabei dient eine Vernadelung und/oder ein übergangsbereich zwischen verschieden dicken Wandabschnitten zur Generierung von Versagensbereichen mit bestimmten maximal aufnehmbaren Kräften. Hierbei ist jedoch von Nachteil, dass der Energie- aufnähme über die Querschnittsgestaltung und die Wanddicke gewisse Grenzen gesetzt sind und zur Umwandlung hoher Bewegungsenergie ein vergleichsweise langes Crashelement benötigt wird.

Aus der DE 197 17 473 A1 ist ein Energieabsorberelement mit zwei rohrförmigen Crashelementen bekannt, wobei ein Rohrkörper aus Metall und der andere Rohrkörper aus glasfaserverstärktem Verbundwerkstoff (GFK) besteht. Die Aufprallenergie wird durch eine Abrollbewegung des Metallrohres und durch den vollständigen Bruch des Glasfaserrohres aufgenommen. Eine derartige Anordnung mit mehreren ineinander schiebbaren Rohren stellt eine komplexe Baueinheit mit gro- ßem Platzbedarf dar. Zudem ist nach erfolgtem Bruch eine weitere Energieabsorption kaum möglich.

Die DE 101 40 503 A1 offenbart ein rohrförmiges Crashelement, das die umzuwandelnde Energie durch eine Umstülpverformung aufnimmt. Infolge einer halb- kreisförmigen Umstülphohlkehle kann es bei dem Umstülpvorgang zu einem

Verstopfen der Bauteilumgebung und somit zu einer begrenzten oder unvollständigen Energieaufnahme kommen.

Schließlich ist aus der DE 102 43460 A1 ein Energieabsorber bekannt, bei dem eine mit einer mittigen öffnung versehene metallische Grundplatte mit mehreren

spanabtragenden Elementen in Umfangsrichtung entlang der öffnung versehen ist. Die spanabtragenden Elemente bewirken entlang der Längsrichtung eines aus Polymer bestehenden Crashelementes im Crashfall einen spanenden Materialabtrag. Nachteilig ist jedoch, dass das Crashelement eine nicht zu geringe Wanddi- cke aufweisen muss, damit es überhaupt zu einem gewissen Schichtabtrag durch Spanen kommen kann. Insofern ist auch hier eine Energieaufnahme nur bis zu einer bestimmten Belastung möglich. Es kommt vorrangig zu einer Zersplitterung der abgetragenen Außenschicht. Diese Versagensform ermöglicht lediglich eine relativ geringe Energieumwandlung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Crash-Energieabsorber-Element anzugeben, das ein zuverlässiges, kontrolliertes Versagen mit hoher Energieabsorption gewährleist, und das gleichzeitig eine verbesserte Steuerung bzw. An- passbarkeit des Versagensverhaltens ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Crash-Energieabsorber-Element mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Ein mit einem solchen Crash-Energieabsorber-Element versehenes Anbindungselement sowie ein Luftfahrzeug sind Gegenstände der Nebenansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Kerngedanke der Erfindung liegt darin, dass dem für die Energieumwandlung vorgesehenen Crashelement eine mit Durchgangsöffnungen versehene Trenneinrichtung sowie eine Umlenkeinrichtung zugeordnet ist, wobei die Achsen der Durchgangsöffnungen unter einem ersten Winkel und die in Richtung Crashelement weisende Oberfläche der Umlenkeinrichtung unter einem zweiten Winkel bezüglich einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Crashelements geneigt sind.

Durch die geneigte Oberfläche der Umlenkeinrichtung wird das Crashelement vorgeschädigt, insbesondere durch Aufweiten und/oder teilweises Umbiegen des auf der Umlenkeinrichtung aufliegenden Endes des Crashelements, was eine erste Energieabsorptionsstufe darstellt. Diese Vorschädigung dient zur gezielten Ein- Stellung eines vorbestimmten Kraftniveaus. Durch entsprechende Wahl des zweiten Neigungswinkels kann dieses Kraftniveau eingestellt werden. Der zweite Neigungswinkel beträgt typischerweise 5 bis 80°, vorzugsweise 20 bis 30°.

Das vorgeschädigte Crashelement wird dann über die Umlenkeinrichtung der Trenneinrichtung zugeführt, die das Crashelement im Crashfall in seinem

Versagensbereich in mehrere, insbesondere streifenförmige Teilelemente aufspaltet, auftrennt, aufschneidet oder aufteilt (nachfolgend verallgemeinert als „Aufspalten" bezeichnet), was mit Absorption von Energie verbunden ist. Dabei wird das Crashelement in Längsrichtung soweit aufgespaltet bis sämtliche im Crashfall auf das Crashelement einwirkende kinetische Energie absorbiert ist. Dies stellt die zweite Stufe der Energieabsorption dar. Der Prozess kommt danach zum Stehen, kann aber bei erneuter Belastung (z.B. bei einem erneuten Aufprall) in entsprechender Weise fortgeführt bzw. erneut in Gang gesetzt werden.

Die vorzugsweise das Crashelement im Wesentlichen ringförmig umgebende Trenneinrichtung weist zum oben beschriebenen Aufspalten des Crashelements Durchgangsöffnungen auf, z.B. in Form von Sacklöchern, Durchbrechungen oder Bohrungen, die entlang der Umfangsrichtung des Crashelements angeordnet sind. Eine gleichmäßige Anordnung der Durchgangsöffnungen führt zu einem symmet- rischen Versagensverhalten des Crashelements. Die Durchgangsöffnungen sind vorzugsweise kreisförmig, gekrümmt oder ellipsenförmig ausgebildet und sind über die Wandstärke der Trenneinrichtung schräg verlaufend angeordnet; d.h., die Achsen der Durchgangsöffnungen verlaufen bezüglich einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Crashelements geneigt. Dabei wird zumindest abschnittsweise durch eine Begrenzungskante (z.B. Umrandung) oder Begrenzungsfläche der

Durchgangsöffnung ein Schneidmittel gebildet. Alternativ kann aber auch die Umrandung der Durchgangsöffnung mit einem Vorsprung zur Bildung eines Schneidmittels versehen sein. In der Regel ist die Umrandung der Durchgangsöffnung jedoch ohne besondere Formgebung oder Ausgestaltung ausreichend scharfkantig, so dass im Crashfall das Crashelement durch Reibung an der Durchgangsöffnung unter Energieabsorption in entsprechende Teilelemente aufgespaltet wird. Durch die schräge Anordnung der Durchgangsöffnungen wird einerseits das Einsetzen des Aufspaltens des Crashelements gesteuert, was eine weitere Möglichkeit der Einstellung der Kraftniveaus darstellt. Andererseits wird ein Verstopfen der Durch- gangsöffnungen, die Abfluss- oder Abführkanäle für das aufgespaltete Crashelementmaterial bilden, wirksam verhindert. Bei einem von oben in den Energieabsorber eingeführten Crashelement fallen sowohl die Durchgangsöffnungen als auch die in Richtung Crashelement weisende Oberfläche der Umlenkeinrichtung bevorzugt nach außen hin ab.

Um einen gleichmäßigen übergang zwischen Umlenkeinrichtung und Trenneinrichtung zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, dass der erste und der zweite Neigungswinkel gleich groß sind. Die Funktionsfähigkeit des erfindungsgemäßen Crash-Energieabsorber-Elements wird aber auch nicht negativ beeinträchtigt, wenn die Oberfläche der Umlenkeinrichtung unter einem anderen Winkel als die Achsen der Durchgangsöffnungen geneigt ist. Durch die Wahl der Neigungswinkel, insbesondere des ersten Winkels, kann auch der Raumbedarf, insbesondere auf Grund der durch die Durchgangsöffnungen austretenden geschnittenen Teilelemente, eingestellt bzw. variiert werden. Dies kann zum Beispiel beim Einbau der Erfindung in bestehende Strukturen oder Systeme von Vorteil sein.

Durch das Austreten der aufgeschnitten Teilelemente durch die Durchgangsöffnungen wird das versagende Crashelementmaterial nach außen abgeführt. Zudem ist von Vorteil, dass bei einer entgegengesetzten Belastung des Crashele- ments, beispielsweise beim Einwirken einer Zugkraft, Trenneinrichtung und

Crashelement weiterhin miteinander verbunden bleiben und somit die Struktur des Crash-Energieabsorber-Elements an sich intakt bleibt.

Vorteilhafterweise ist die Umlenkeinrichtung einstückig mit dem Energieabsorber ausgebildet, oder zumindest fest mit diesem verbunden. Dies stellt eine besonders einfache und handliche Ausgestaltung dar, wobei lediglich das Crashelement in geeigneter Weise mit dem Energieabsorber zusammenwirken muss. Zu diesem Zweck wird das Crashelement üblicherweise in den Energieabsorber eingeführt und gegebenenfalls mit diesem fest verbunden. Als Material für die Umlenkeinrich- tung und den Energieabsorber kann z. B. gehärteter Stahl, Aluminium oder andere für Luftfahrtanwendungen geeignete Materialien verwendet werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist die Umlenkeinrichtung separat ausgebildet, was nachfolgend auch durch den Begriff „Kernelement" zum Aus- druck kommen soll. Das Kernelement ist in den Energieabsorber einführbar und in Längsrichtung des Crashelements variabel feststellbar ist. Dies ermöglicht eine Höhenverstellung der Umlenkeinrichtung, wodurch der Auftreffpunkt der in Richtung Crashelement weisenden Oberfläche der Umlenkeinrichtung auf die Durchgangsöffnung eingestellt werden kann. Anders ausgedrückt, durch eine derartige Höhenverstellung kann quasi der Querschnitt der Durchgangsöffnung verändert werden, was eine weitere Möglichkeit der Triggerung darstellt. Zudem kann das Kernelement ausgewechselt werden und durch ein anderes Kernelement mit unterschiedlichem Neigungswinkel ersetzt werden, um beispielsweise je nach Anwendung das zur Auslösung des Versagensverhaltens erforderliche Kraftniveau einzustellen. Das Kernelement ist typischerweise ringförmig oder kegelstumpfför- mig ausgebildet, was dessen Handhabung vereinfacht.

Der Neigungswinkel der Umlenkeinrichtung, d.h. der zweite Winkel, wird auf besonders einfache Weise durch eine konische Oberfläche der Umlenkeinrichtung

realisiert. Dabei weist die Spitze des Konus typischerweise in Richtung Crashelement.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die konische Oberfläche eine Anzahl von gekrümmten, insbesondere muldenförmigen, Umlenkabschnitten auf. Vorteilhafterweise führt jeweils ein Umlenkabschnitt zu einer Durchgangsöffnung hin; d.h. die Anzahl der Umlenkabschnitte entspricht der Anzahl der Durchgangsöffnungen. Entlang der Berührungslinie zweier benachbarter muldenförmiger Umlenkabschnitte kann eine weitere Schneidkante entstehen, was dazu führt, dass das Crashelement durch die Umlenkeinrichtung nicht nur durch Aufweitung und Umlenkung vorgeschädigt wird, sondern auch durch leichtes Anschneiden bzw. Einschneiden. Dadurch kann die erste Stufe der Energieabsorption entsprechend modifiziert werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung weist der Energieabsorber einen Aufnahmeabschnitt zur Aufnahme des Crashelementes auf. Typischerweise hat der Aufnahmeabschnitt ein trichterförmiges Ende. Dies ermöglicht bei einer nicht ausschließlich in Richtung der Längsachse des Crashelementes einwirkenden Belastung, das heißt bei teilweiser Quer- und/oder Biegebelastung, eine Spannungsre- duktion. Auf diese Weise wird eine verbesserte Funktionalität des erfindungsgemäßen Crash-Energieabsorber-Elements bei außermittiger Belastung erreicht.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist an dem dem Aufnahmeabschnitt gegenüberliegenden Ende des Energieabsorbers ein Anschlussbereich vorgesehen, über den das Crash-Energieabsorber-Element mit einem Bauteil verbindbar ist. Typischerweise weist der Anschlussbereich wenigstens einen Anschlussarm auf und kann z.B. in Form eines Gabelbeschlages ausgebildet sein.

Das Crashelement ist in bevorzugter Ausgestaltung als rohrförmiger Hohlkörper ausgebildet, was zu einer entsprechenden Gewichtseinsparung führt. Die Wand-

stärke des Hohlkörpers kann entlang der Längsachse gleich bleiben oder variabel ausgeführt sein, je nach erforderlicher Belastung. Dabei können zum Beispiel auch Verstärkungen vorgesehen sein. Der Hohlkörper besteht typischerweise aus Kunststoffwerkstoffen oder Faserverbundwerkstoffen, insbesondere Kohlenstoff- Faserverbundwerkstoffen (CFK). Diese Werkstoffe sind vor allem auf Grund ihrer hohen gewichtsspezifischen Energieabsorption vorteilhaft. Besonders bevorzugt wird ein geflochtenes Faserverbundrohr verwendet, das beispielsweise Fasern mit ± 45° Orientierung aufweist. Selbstverständlich können auch andere Faserverbund-Gewebe oder -Gelege (z. B. Multiaxialgelege oder Prepregs) verwendet wer- den.

Eine besonders bevorzugte Verwendung des erfindungsgemäßen Crash- Energieabsorber-Elements liegt auf dem Gebiet von Luft- und Raumfahrttechnik, z.B. in Flugzeugen, Hubschraubern, Raumfähren oder dergleichen. Speziell bei sprödelastischen Verbundstrukturen (z.B. im Flugzeugrumpfbereich) sind geeignete Absorberkonzepte erforderlich, um ein zu einer metallischen Bauweise vergleichbares Versagensverhalten zu erreichen. Ein mögliches Einsatzgebiet des erfindungsgemäßen Crash-Energieabsorber-Elements sind Stützen oder Stützstreben eines Passagier- oder Cockpit-Fußbodens, um somit die resultierenden Beschleunigungen im Kabinenbereich (und damit auf Passagiere und/oder Crew) wirksam reduzieren zu können. Hier wird das erfindungsgemäße Crash- Energieabsorber-Element vorzugsweise in Lagerfußpunkten von Stützen oder Stützstreben eingesetzt. Selbstverständlich sind eine Vielzahl von unterschiedlichen Anwendungen, z.B. in der Kraftfahrzeug- oder Luft- und Raumfahrttechnik, möglich.

Die Aufgabe der Erfindung wird zudem durch ein Anbindungselement gelöst, das mit einem erfindungsgemäßen Crash-Energieabsorber-Element und einem Stützelement versehen ist, wobei das Stützelement durch das Crashelement gebildet

ist, oder mit dem Crashelement verbunden ist. Dieses Anbindungselement macht sich die oben genannten Vorteile des Crash-Energieabsorber-Elements zu Nutze.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Anbindungsele- ments ist das Crashelement mittels einer deformierbaren Verbindung mit dem Aufnahmeabschnitt verbunden, wobei die Verbindung bei der gleichen oder einer geringeren Belastung wie das Crashelement versagt.

In vorteilhafter Ausgestaltung ist die Verbindung als Klebeverbindung ausgeführt. Insbesondere um einen vorbestimmten Hohlraum für die Klebemasse zu definieren, ist wenigstens ein Dichtring zwischen Aufnahmeabschnitt und Crashelement angeordnet. Die Dichtmasse kann beispielsweise über eine Bohrung in der Wandung des Aufnahmeabschnitts in diesen Hohlraum injiziert werden.

Zum Toleranzausgleich und zur Bildung eines Distanzringes kann ferner am Ende des Crashelementes ein Ringelement (z.B. aus CKF oder GFK) oder eine Verstärkung (z.B. eine CFK- oder GFK-Lage) vorgesehen sein, welche zugleich eine galvanische Korrosion verhindern. Um eine Qualitätskontrolle zu ermöglichen, weist der Aufnahmeabschnitt vorzugsweise eine Entlüftungs-/Auslassbohrung auf.

Alternativ kann die Verbindung mehrere Abscherelemente, insbesondere in Form von Abscherstiften, aufweisen.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Anbindungselement mit einem wenigstens einen Anschlussarm umfassenden Bauteilanschluss ausgestattet, der mit der Trenneinrichtung verbunden ist. Dieser Bauteilanschluss kann beispielsweise auch zur Lagerung des oben beschriebenen Kernelements dienen.

In einer weiter bevorzugten Ausgestaltung sind der Aufnahmeabschnitt, die Trenneinrichtung und der Bauteilanschluss in Längsrichtung des Anbindungsele-

ments aufeinanderfolgend koaxial miteinander verbunden. Vorteilhafterweise sind vorgenannte Bestandteile miteinander verschweißt oder auch einteilig ausgebildet.

Die Vorteile der Erfindung liegen insbesondere in der Nutzung der Energieabsorp- tion von Kunststoff- oder Faserverbund-Crashelementen, wobei im Crashfall eine zweistufige Energieabsorption erfolgt. Zudem kann das Versagensverhalten je nach Anwendung eingestellt werden, insbesondere ist der Auslösepunkt für das Einsetzen des Versagensverhaltens des Crashelements präzise einstellbar. Das versagende Crashelement kann zuverlässig abgeführt werden, d.h. ein problems- loser Fragmentabfluss ist gewährleistet. Das erfindungsgemäße Crash- Energieabsorber-Element lässt sich auf einfache Weise in bestehende Bauteile, Strukturen, Anbindungselemente etc. integrieren.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1a eine schematische perspektivische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Energieabsorbers;

Fig. 1b eine geschnittene Teilansicht der Darstellung gemäß Fig. 1a;

Fig. 2a eine schematische perspektivische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Energieabsorbers;

Fig. 2b eine geschnittene Teilansicht der Darstellung gemäß Fig. 2a;

Fig. 2c eine Draufsicht der Darstellung gemäß Fig. 2a;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Crash- Energieabsorber-Elements vor dem Crashfall;

Fig. 4 eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Crash-Energieabsorber-Elements nach dem Crashfall;

Fig. 5 eine schematische perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Anbindungselements;

Fig. 6 eine teilweise geschnittene Ansicht der Darstellung gemäß Fig. 5;

Fig. 7 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Darstellung gemäß Fig. 6;

Fig. 8 eine weitere Seitenansicht der Darstellung gemäß Fig. 6;

Fig. 9 eine perspektivische teilweise geschnittene Ansicht des Anbindungs- elements gemäß Fig. 5 mit einer Klebeverbindung; und

Fig. 10 die Klebeverbindung von Fig. 9 im Querschnitt.

Nachfolgend werden anhand der Figuren 1 bis 4 vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Crash-Energieabsorber-Elements beschrieben. Unter Bezugnahme auf Figuren 5 bis 10 werden vorteilhafte Ausführungsformen eines entsprechenden Anbindungselements beschrieben.

In den Figuren 1a und 1b ist eine erste Ausführungsform eines Energieabsorbers 10 dargestellt, der zusammen mit einem im Crashfall irreversibel versagenden Crashelement ein erfindungsgemäßes Crash-Energieabsorber-Element bildet. In Figur 1a und 1b ist aus Gründen der besseren übersicht das Crashelement nicht dargestellt, da zunächst der Energieabsorber 10 beschrieben werden soll.

Der Energieabsorber 10 weist eine zylindrische Form auf, mit einer Längserstreckung, die nachfolgend auch als Längsrichtung bzw. Längsachse X bezeichnet wird und in den nachfolgenden Figuren strichpunktiert dargestellt ist. Der Energieabsorber 10 weist eine Trenneinrichtung 30 auf, die eine Vielzahl von Durch- gangsöffnungen 32 aufweist, welche entlang der Umfangsrichtung des Energieabsorbers 10 angeordnet sind. Die Durchgangsöffnungen 32 fallen schräg nach außen hin ab, d.h. die gestrichelt dargestellten Achsen der Durchgangsöffnungen 32 sind bezüglich einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung X unter einem ersten Winkel α geneigt (siehe Figur 1b).

Innerhalb des Energieabsorbers 10 ist eine Umlenkeinrichtung 40 angeordnet, die durch ein in den Energieabsorber 10 einführbares separates Bauteil, welches nachstehend auch als Kernelement bezeichnet wird, einführbar ist. Das Kernelement 40 ist in Richtung des Doppelpfeils verschiebbar und kann in einer ge- wünschten Position arretiert werden. Dadurch kann der Auftreffpunkt des Außenrandes 44 der Umlenkeinrichtung 40 bezüglich der Durchgangsöffnungen 32 variiert werden. Durch eine derartige Verstellbarkeit des Kemelementes 40 kann quasi der Durchmesser der jeweiligen Durchgangsöffnung 32 verändert werden. Dies stellt eine Möglichkeit dar, das erfindungsgemäße Crash-Energieabsorber- Element für einen Anwendungsfall einzustellen, worauf nachstehend noch genauer eingegangen wird.

Figuren 1a und 1 b zeigen ferner, dass die in Richtung des nicht dargestellten Crashelements weisende Oberfläche 41 der Umlenkeinrichtung 40, d.h. die hier nach oben weisende Seite der Umlenkeinrichtung 40, eine kegelförmige Form aufweist. Die Spitze des Kegels befindet sich auf der Längsachse X und die Seitenflächen des Kegels fallen nach außen hin ab. Folglich ist die Oberfläche 41 der Umlenkeinrichtung 40 bezüglich einer Ebene senkrecht zur Längsachse X unter einem zweiten Winkel ß geneigt (siehe Figur 1b). Bei der in Figur 1a und 1b dar- gestellten Ausführungsform ist der erste Winkel α kleiner als der zweite Winkel ß.

Durch die Begrenzungskanten, d.h. den Randbereich, der Durchgangsöffnungen 32 werden Schneidkanten 36 gebildet, die zu einem Aufspalten des Crashelements führen, was im Zusammenhang mit Figuren 3 und 4 noch genauer be- schrieben wird. Auch die (inneren) Begrenzungsflächen der Durchgangsöffnungen 32 können als Schneidflächen 38 dienen. Für den Fall, dass die Oberseite 41 der Umlenkeinrichtung 40 nicht kontinuierlich in die Durchgangsöffnung 32 übergeht, wie es in Figuren 1a und 1 b dargestellt ist, d.h., wenn an dem Rand 44 der Umlenkeinrichtung 40 ein stufenförmiger, kantenartiger übergang zwischen Oberflä- che 41 und Durchgangsöffnung 32 entsteht, kann durch diesen übergang eine weitere Schneidkante gebildet werden.

Figur 2a zeigt eine alternative Ausgestaltung des Energieabsorbers 10, bei dem die Umlenkeinrichtung 40 einstückig mit dem Energieabsorber 10 ausgebildet ist. Die in dem Energieabsorber 10 angeordnete Trenneinrichtung 30 ist identisch zu der in Figuren 1a und 1b beschriebenen. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß Figuren 1a und 1b ist die Oberfläche 41 der Umlenkeinrichtung 40 im Wesentlichen kegelstumpfförmig ausgebildet. Bei dieser Ausführungsform sind der erste Winkel α und der zweite Winkel ß identisch. Zudem geht die Oberfläche 41 der Umlenkeinrichtung 40 kontinuierlich, d.h. ohne Stufe, in die jeweilige Durchgangsöffnung 32 über (siehe Figur 2b).

Wie insbesondere aus Figuren 2a und 2c zu sehen ist, weist die Oberfläche 41 der Umlenkeinrichtung 40 eine der Anzahl der Durchgangsöffnungen 32 entsprechen- de Anzahl von Umlenkabschnitten 42 auf. Eine jede Oberfläche jedes Umlenkabschnittes ist gekrümmt bzw. muldenförmig geformt, wobei die jeweiligen Randbereiche zweier aneinandergrenzender Umlenkabschnitte 32 eine weitere Schneidkante 48 bilden können. Die Neigung jedes einzelnen Umlenkabschnittes 42 entlang seiner Gefällelinie in Richtung der zugeordneten Durchgangsöffnung 32 ent- spricht dem zweiten Winkel ß (siehe Figur 2b).

Die im Zusammenhang mit Figuren 1 und 2 beschriebenen Energieabsorber 10 wirken mit einem im Crashfall irreversibel versagenden Crashelement zusammen, das in den nachfolgenden Figuren mit Bezugsziffer 20 bezeichnet ist. Das Crash- element ist typischerweise ein sich entlang der Längsrichtung X erstreckender rohrförmiger Hohlkörper aus Kunststoff- oder Faserverbundwerkstoff. Besonders bevorzugt wird ein Crashelement aus Kohlenstoff-Faserverbundwerkstoff (CFK) verwendet, da dieses Material eine hohe gewichtsspezifische Energieabsorption aufweist. Ein derartiges CFK-Rohr kann z.B. durch Flechttechnik hergestellt wer- den. Ebenso kann es aber auch aus Multiaxialgelege, Prepregs oder anderen CFK-Halbzeugen auf an sich bekannte Art und Weise hergestellt werden.

Das einen ersten Endbereich 24 (d.h. das untere Ende in Figur 3) und einen zweiten Endbereich 26 (d.h. das obere Ende in Figur 3) aufweisende Crashelement 20 ist in der Ausgangsstellung vor dem Crashfall auf der Umlenkeinrichtung 40 derart aufgesetzt, dass die Wandung des Rohrendes 22 auf der Oberfläche 41 der Umlenkeinrichtung 40 (nicht dargestellt) zum Liegen kommt. Um eine verbesserte Führung des Crashelements 20 innerhalb des Energieabsorbers 10 zu gewährleisten, ist ein rohrförmiger Aufnahmeabschnitt 50 vorgesehen, der oberhalb der Trenneinrichtung 30 angeordnet ist, der zur Aufnahme des ersten Endbereiches 24 dient. Um auch bei außermittiger Belastung des Crashelements 20 im Crashfall eine zuverlässige Funktionsweise zu erhalten, kann der Aufnahmeabschnitt 50 an seinem oberen Ende trichterförmig ausgebildet sein, was im Zusammenhang mit den Ausführungsform gemäß Figuren 5 bis 10 noch genauer beschrieben wird.

In Figuren 3 und 4 liegt die Außenseite des Crashelements 20 an der Innenseite des Aufnahmeabschnitts 50 an. Alternativ kann jedoch auch eine Zwischenlage, beispielsweise eine Klebeschicht und/oder eine Dichtlage zwischen der Außenseite des Crashelements 20 und der Innenseite des Aufnahmeabschnitts 50 vorge-

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sehen sein. Diesbezüglich wird auch auf die Ausführungsformen gemäß Figuren 5 bis 10 verwiesen.

In Figur 3 ist in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Crash- Energieabsorber-Element 1 in seiner Ausgangsposition vor dem Crash dargestellt, wobei das im Crashfall irreversibel verformbare Crashelement 20 in einen Energieabsorber 10 gemäß Figuren 1 oder 2 eingeführt ist. In Figur 4 ist die Situation nach dem Crash schematisch dargestellt. Ein Vergleich der Figuren 3 und 4 zeigt, dass das Crashelement 20 im Crashfall, d.h. bei einer Belastung durch eine Kraft F, die in den dargestellten Ausführungsformen von oben in Längsrichtung X einwirkt, in einem unteren Versagensbereich in eine der Anzahl der Durchgangsöffnungen 32 entsprechende Anzahl von streifenförmigen Teilelementen 28 aufgespaltet wird. Diese Formänderung bzw. Deformation des Crashelements 20 ermöglicht die Absorption der im Crashfall auf das Crashelement 20 einwirkenden kinetischen Energie. Neben der in Figuren 3 und 4 dargestellten Aufspaltung in die Teilelemente 28 kann es auch zu einer geringfügigen Absplitterung des Crashelementmaterials, beispielsweise in Form von bruchstückartigen Splittern, kommen.

Die Absorption der im Crashfall auf das Crashelement 20 einwirkenden Energie erfolgt dabei in zwei Stufen, was einerseits durch die Ausgestaltung der Umlenkeinrichtung 40 sowie durch die Anordnung der Durchgangsöffnungen 32 bewirkt wird. Die erste Stufe der Energieabsorption ergibt sich dadurch, dass aufgrund der im Crashfall einwirkenden Kraft F das Ende 22 des Crashelements 20 auf die ko- nisch nach außen hin abfallende Oberfläche 41 der Umlenkeinrichtung 40 gedrückt wird. In Folge der Neigung kommt es zu einem Aufweiten und/oder Umbiegen des Rohrendes 22, wodurch das Crashelement 20 vorgeschädigt wird und bis zu einem durch den Neigungswinkel ß vorgegebenen Grenzwert Energie absorbiert.

Wird ein Energieabsorber 10 gemäß einer der in Figuren 2a bis 2c beschriebenen Ausführungsform verwendet, kann es zu einer weiteren Vorschädigung des Rohrendes 22 durch zumindest teilweises Einschneiden durch die von benachbarten, muldenförmigen Umlenkabschnitten 42 gebildeten Schneidkanten 48 kommen. Somit kann durch den Neigungswinkel ß sowie gegebenenfalls eine muldenförmige Ausgestaltung der Umlenkabschnitte 42 bis zu einem vorgegebenen Grenzwert Energie absorbiert werden, der auf den jeweiligen Anwendungsfall angepasst eingestellt werden kann.

Ist die erste Energieabsorptionsstufe überschritten, setzt die Schädigung des

Crashelements 20 durch die Schneidmittel 36 und/oder 38 der Durchgangsöffnungen 32 ein. An diesen Schneid mittein 36, 38 reißt schließlich das Rohrende 22 ein, was zur Ausbildung der streifenförmigen Teilelemente 28 führt. Durch dieses Aufschneiden, Aufspalten, Auftrennen bzw. Aufteilen, was verallgemeinert hier als „Aufspalten" bezeichnet wird, wird weitere Energie durch Deformation absorbiert. Das Aufspalten in die Teilelemente 28 erfolgt soweit, bis die gesamte, während des Crashfalls auf das Crashelement 20 einwirkende Energie absorbiert ist. Dieser Prozess des Aufspaltens stellt die zweite Stufe der Energieabsorption dar. Dadurch, dass die Durchgangsöffnungen 32 unter dem ersten Winkel α, in den dar- gestellten Ausführungsbeispielen schräg nach außen abfallen, ist ein sicherer Fragmentabfluss gewährleistet. Somit kann das versagende Crashelementmaterial in geeigneter Weise schräg nach außen abgeführt werden, ohne dass die durch die Durchgangsöffnungen 32 gebildeten Abfluss-/Abspaltkanäle verstopft werden. Ferner ist von Vorteil, dass durch die langgestreckte Ausgestaltung des Crash- elements 20 ein relativ langer Absorptionsweg zur Verfügung steht, so dass bei einem erneuten Aufprall das erfindungsgemäße Crash-Energieabsorber-Element weiterhin funktionsfähig ist. Der voranstehend beschriebene Mechanismus setzt dann erneut ein, was zu einer weiteren Deformation, insbesondere durch Aufschneiden, des Crashelements 20 führt.

Bei einer separat ausgebildeten Umlenkeinrichtung 40, die innerhalb des Energieabsorbers variabel feststellbar ist (siehe z.B. Ausführungsform gemäß Figuren 1a und 1b), kann zudem, wie bereits voranstehend erwähnt, die Höhe und damit der Querschnitt der in Richtung Crashelement 20 weisenden Seite der Durchgangs- öffnungen 32 verändert werden, was eine weitere Möglichkeit der Anpassbarkeit darstellt. Für den Fall, dass die Oberfläche 41 der Umlenkeinrichtung 40 bzw. die Umlenkabschnitte 42 nicht kontinuierlich in die Durchgangsöffnungen 32 übergehen, kann durch einen verkleinerten öffnungsquerschnitt bzw. einen stufenartigen übergang (siehe z.B. Figur 1b) eine weitere Schneidkante am Rand 44 des Ener- gieabsorbers 10 gebildet werden, wodurch das Aufspalten des Crashelements 20 entsprechend beeinflusst werden kann.

Die im Weiteren erläuterten Figuren 5 bis 10 zeigen ein erfindungsgemäßes An- bindungselement 60 mit einem Energieabsorber 10 gemäß der in Figuren 1a und 1b dargestellten Ausführungsform. Dabei bildet das Crashelement 20 zugleich ein Stützelement, beispielsweise zur Abstützung eines Bodenaufbaus eines Luftfahrzeuges, beispielsweise eines Flugzeuges oder Hubschraubers. Alternativ kann das Stützelement auch mit dem Crashelement 20 verbunden sein.

Wie insbesondere aus Figur 6 hervorgeht, ist die Umlenkeinrichtung 40 als separates Bauteil ausgebildet, das durch ein kegelstumpfförmiges Kernelement gebildet wird und auswechselbar in den Energieabsorber 10 einsetzbar ist, so dass dieses an einer geeigneten Position angeordnet ist, um mit der Trenneinrichtung 30 zusammen zu wirken. Das Kemelement kann, wie bereits voranstehend be- schrieben, in Längsrichtung X variabel verstellbar, d.h. höhenverstellbar, sein.

Das Anbindungselement 60 gemäß Figuren 5 bis 10 weist oberhalb der Trenneinrichtung 30 einen Aufnahmeabschnitt 50 auf, der ein erstes trichterförmig ausgebildetes Ende 52 aufweist. Dies erleichtert das Einsetzen des Crashelementes 20 und verbessert zudem die Funktionalität des Crashelements 20 bei außermittiger

Belastung des Crashelements im Crashfall, d.h. wenn nicht nur axiale Kräfte sondern auch teilweise Quer- und/oder Biegekräfte auf das Crashelement 20 einwirken. Zudem ist die Wandstärke der Trenneinrichtung 30 größer als die des Aufnahmeabschnittes 50, insbesondere durch Aufdicken der Trenneinrichtung 30 nach außen, wodurch im Crashfall höhere Kräfte aufgenommen werden können.

Das in den Figuren 5 bis 10 dargestellte Anbindungselement 60 weist ferner einen mit der Trenneinrichtung 30 verbundenen Bauteilanschluss 80 auf, der parallel zur Längsachse X zwei voneinander beabstandete Anschlussarme 82 umfasst und insbesondere in Form eines Gabelbeschlages ausgebildet ist. Jeder Anschlussarm 82 weist eine Bohrung auf, über die das Anbindungselement 60, z.B. mittels einer Bolzen- oder Schraubverbindung, mit einem Bauteil verbunden werden kann. Insgesamt betrachtet sind der Aufnahmeabschnitt 50, die Trenneinrichtung 30 und der Bauteilanschluss 80 in Längsrichtung X aufeinander folgend koaxial miteinander verbunden.

Wie in Figuren 9 und 10 gezeigt ist, kann das Crashelement 20 zusätzlich mit dem Aufnahmeabschnitt 50 mittels einer deformierbaren Verbindung 70 verbunden sein. Die Verbindung 70 kann als Klebeverbindung ausgeführt sein und versagt typischerweise bei einer geringeren Belastung wie das Crashelement 20 an sich, wodurch eine weitere Möglichkeit der Triggerung gegeben ist. Anstelle der Klebeverbindung kann auch eine Abschereinheit, insbesondere in Form von mehreren Abscherstiften (siehe Figuren 9 und 10), vorgesehen sein. Anders als bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 und 2 liegt das Crashelement 20 nicht auf der Um- lenkeinrichtung 40 auf, damit sich die Versagenslasten der Verbindung 70 nicht mit dem Triggern des Crashelements 20 summieren.

Um eine einfache Handhabung zur Herstellung der Klebeverbindung zu ermöglichen, weist der Aufnahmeabschnitt 50 eine Injektionsbohrung 58 auf (s. Fig. 5). Vor dem Einsetzen des Crashelementes 20 in den Aufnahmeabschnitt 50 werden

zwei Dichtringe 72 zur Bildung des mit dem Kleber auszufüllenden Hohlraumes in zwei an der Innenseite des Aufnahmeabschnittes 50 ausgebildete umlaufende Nute 56 eingesetzt (s. Figuren 9 und 10). Nach Einsetzen des Crashelementes 20 wird der Kleber über die Bohrung 58 in den durch die Dichtringe 72, die Außensei- te des Crashelementes 20 und die Innenseite des Aufnahmeabschnittes 50 begrenzten Hohlraum injiziert. Zur besseren Entlüftung kann der Aufnahmeabschnitt 50 mit verschließbaren Entlüftungsbohrungen versehen sein. Die Klebeverbindung ermöglicht die Aufnahme von statischen Zug- und Drucklasten, die geringer sind als die in einem Crashfall auftretende Trigger-Last. Ferner kann mittels der Dicht- ringe 72 die Lage und die Abmessung der Klebeverbindung gewählt werden.

Bezugszeichenleiste

1 Crash-Energieabsorber-Element

10 Energieabsorber

20 Crashelement

22 Rohrende

24 erster Endbereich des Crashelements 26 zweiter Endbereich des Crashelements

28 Teilelement

30 Trenneinrichtung

32 Durchgangsöffnung 36 Schneidkante

38 Schneidfläche

40 Umlenkeinrichtung

41 Oberfläche der Umlenkeinrichtung 42 Umlenkabschnitt

44 Rand der Umlenkeinrichtung

48 Schneidkante

50 Aufnahmeabschnitt 52 erstes Ende

54 zweites Ende

56 Nut

58 Bohrung

60 Anbindungselement

70 Verbindung

72 Dichtring

80 Bauteilanschluss

82 Anschlussarm

F Kraft

X Längsachse(n)/-richtung

α erster Winkel ß zweiter Winkel