[发明专利]用于吸收撞击力的部件

说明书

本发明涉及一种由纤维复合材料制成的、碰撞元件形式的部件，其壁至少主要由碳纤维组成的束构成。碳纤维长丝在纤维束内彼此平行地布置，并且束嵌入聚合物基质中。在部件的壁内，束均匀地分布并且当沿垂直于第一表面和/或第二表面的方向看时具有基本上各向同性的取向。

技术领域

本发明涉及一种由纤维复合材料制成的构成本体的三维的部件，其用于布置在第一撞击元件和第二撞击元件之间，并且用于吸收由作用在第一撞击元件和第二撞击元件之间的撞击载荷产生的撞击能量。

背景技术

在机动车辆的设计和制造中，在发生冲撞事件时保护机动车辆的车辆乘员以及保护车辆附近的人和物体是重要的方面。就发生冲撞事件时机动车辆的安全设计而言，重要的是在冲撞事件过程中，车辆减速度或当乘员约束系统有效时对车辆乘员作用的力不超过特定的阈值。在机动车辆发生冲撞事件时，冲撞车辆的有效质量、冲撞车辆的减速度与力之间存在一定关系，其中本体结构支承件—其在本文中通常也称为碰撞结构或变形元件—因塑性变形、弹性变形或脆性断裂而逐渐失效。这种变形元件可以例如附接在机动车辆的保险杠横梁和车架侧梁/边梁之间。

利用变形元件的碰撞能量的可能的减少由关于可用变形路径的力曲线确定。在冲撞事件开始时，车辆的速度较高，使得必须降低相对较高的冲撞动能或撞击动能，并且包括本体结构支承件或变形元件的本体结构必须设计成使得本体结构支承件在合适的力水平下失效。

本体结构支承件或变形元件通常设计成使得其在机动车辆承载冲撞载荷时失效以吸收冲撞能量。由金属材料制成的本体结构支承件设计成使得其在特定的距离内、在一定的力水平下发生塑性变形。

使用金属管的本体结构支承件较普遍，在发生撞击时，金属管在纵向方向上受到压缩。金属管材、例如铝制管材、确保了保险杠横梁与车辆之间的牢固连接。然而，金属管在受到压缩时的比吸能率(kJ/kg)并不是特别高。此外，在许多情况下，沿纵向方向压缩金属管所需的初始力可能太大。

例如，就由碳纤维增强塑料或其他纤维增强塑料制成的本体结构支承件或变形元件而言，已经提出具有例如矩形轮廓的中空型材。这种由碳纤维增强塑料制成的中空型材因所谓的“破坏”而失效。在“破坏”失效机制中，本体结构支承件、主要以脆性断裂的形式、或多或少地碎裂(粉碎或破碎，也称为破裂)。这种失效机制特别地在发生正面撞击时起作用，在正面撞击中，对承载件的力垂直于承载件的横截面。在垂直于力的方向的平面中的、每个变形型材横截面的表面在该失效机制中产生的力的量被称为碰撞失效应力。

文献DE 102012019923 A1、DE 102014016024 A1、DE 102014206610或EP 1366960B1公开了由纤维复合材料、特别地基于碳纤维的复合材料制成的、用于能量吸收或用于吸收撞击能量的部件。这些本体结构支承件或变形元件可以例如通过编织、拉挤或卷绕而制造或者如在EP 1366960 B1中所述、通过将多个纤维层、例如多个织物层、层压于彼此之上而制成，并且优选地由连续纤维制成。在引用的文献中描述的用于能量吸收的部件有时具有层状结构或层压结构，但根据DE 102014016024 A1也可以由不连续纤维制成，或者如在EP 1366960 B1中所述、也可以包含具有随机取向纤维的区域。总体而言，上述文献中描述的部件具有复杂的部件结构。

US 2005/0147804 A1也描述了用于能量吸收的元件，这些元件具有由成束的长丝纱线制成的纤维层的层状结构。纤维布置成使得其延伸的方向平行于或倾斜于因撞击而产生的压力载荷，即使得纤维具有在撞击载荷的方向上的分量。此外，在US 2005/0147804 A1的用于能量吸收的元件中，纤维的密度从元件的一端向另一端增加。

JP 06-264949描述了用于能量吸收的元件，其由混有短纤维的纤维增强的合成树脂制成。JP 06-264949中的用于能量吸收的元件具有圆筒形形状，圆筒形部分的壁设计成使得壁厚从一端向另一端增加。在示例中，JP 06-264949始自用聚丙烯基质通过注射成型工艺制造的元件，其中，在聚丙烯基质中混有纤维长度为3mm且浓度为30％(重量分数)的玻璃纤维。