DE60027710T2

DE60027710T2 - Stossenergieabsorbierendes element

Info

Publication number: DE60027710T2
Application number: DE60027710T
Authority: DE
Inventors: Akihiko Kitano; Tomoyuki Matsuyama-shi SHINODA; Hitoshi Matsuyama-shi NISHIYAMA; Takuya Karaki
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 1999-12-17
Filing date: 2000-12-15
Publication date: 2006-09-14
Anticipated expiration: 2020-12-16
Also published as: US6591949B2; EP1162386A4; CA2363109C; KR20010103765A; EP1162386B1; US20020179390A1; WO2001044679A1; AU1890601A; DE60027710D1; JP4686955B2; EP1162386A1; CA2363109A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Stoßenergie absorbierendes Teil, das dazu dient, Stoßenergie zu absorbieren, um eine Beschädigung einer Transportausrüstung zu verhindern, indem die bei dessen Zusammenstoß erzeugte Stoßenergie absorbiert wird, wobei zu dieser Transportausrüstung Fahrzeuge, wie ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen (track) und dergleichen, Flugzeuge, wie ein Passagierflugzeug und dergleichen, Schiffe, wie ein Fischerboot, eine Fähre und dergleichen, Schienenfahrzeuge, wie ein Elektrowagen, ein Einschienenwagen und dergleichen gehören.
Allgemeiner Stand der Technik
Eine Transportausrüstung, wie Fahrzeuge und dergleichen, bei denen bei der Fahrt die Möglichkeit eines Zusammenstoßes besteht, ist mit einem Stoßenergie absorbierenden Mechanismus ausgestattet, um den Grundkörper der Ausrüstung und das Leben der Insassen vor dem durch den Zusammenstoß erzeugten Aufprall zu schützen. Bisher wurden z.B. ein hohler Metallrahmen, ein aus Polymer erzeugtes Material usw. als herkömmliches Stoßenergie absorbierendes Teil verwendet.
Ein Mechanismus, bei dem das herkömmliche Stoßenergie absorbierende Teil Energie absorbiert, ist übrigens derart, daß ein aus Metall oder Polymer erzeugtes Material eine Stoßkraft aufnimmt, durch Kompression oder Verbiegen deformiert wird und durch dessen anschließende plastische Deformation oder das anschließende Reißen Stoßenergie absorbiert.
Die veröffentlichte ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 9-2178 schlägt z.B. eine stoßabsorbierende Struktur für das Innenteil von Autos zur Stoßabsorption vor, wobei ein Rippenteil zusammengedrückt und deformiert wird, indem es gebogen wird. Diese Veröffentlichung zeigt Merkmale, wie einen Elastizitätsmodul beim Biegen, die Festigkeit nach Izod und dergleichen.
Die veröffentlichte ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 9-95197 schlägt ferner eine Energie absorbierende Struktur für den Seitenbereich eines Fahrzeugkörpers vor, die Energie in der Art und Weise wirksam absorbieren kann, daß ein Rippenteil elastisch deformiert wird und die Belastung folglich allmählich zunimmt. Diese Veröffentlichung beschreibt ferner eine Form mit einem hohlen Bereich.
Die veröffentlichte ungeprüfte japanische Patentanmeldung Nr. 5-32147 schlägt zudem ein Stoßenergie absorbierendes Teil für einen Stoßfänger vor, wobei ein faserverstärkter Verbundstoff verwendet wird. Der Mechanismus des Verbundstoffs ist derart, daß das Material, wenn es durch Kompression deformiert wird, abblättert und bricht, so daß die dadurch absorbierte Energie zunimmt.
Da herkömmliche Stoßenergie absorbierende Teile jedoch die plastische Deformation und den Bruch aufgrund der Kompression ausnutzen, wie es vorstehend beschrieben ist, kann die Wanddicke des Teils nicht einfach erhöht werden, d.h. das Teil kann in Verbindung mit einer höheren Wanddicke nicht einfach zu einer voluminösen Form, wie einer hohlen Form geformt werden, um eine große Energiemenge zu absorbieren, die bei einem Zusammenstoß mit hoher Geschwindigkeit erzeugt wird. Diese herkömmlichen Stoßenergie absorbierenden Teile sind folglich deshalb von Nachteil, weil der Raum einer Kabine der Transportausrüstung kleiner wird und deren Halte- bzw. Verweileigenschaft verloren geht und ferner das Gesamtgewicht der Stoßenergie absorbierenden Teile zunimmt und der spezifische Kraftstoffver brauch abnimmt, was aus ökonomischer Sicht und in Hinblick auf die Umwelt unerwünscht ist.
Demgegenüber muß angesichts der Vorschriften zum Umweltschutz das Gewicht der Transportausrüstung deutlich verringert werden. Es wird erwartet, daß als ein Material, das ein Metallmaterial ersetzen soll, ein komplizierter Verbundstoff, d.h. ein faserverstärkter Verbundstoff (hier nachstehend als FRP abgekürzt) verwendet wird, der anscheinend das Gewicht deutlich verringert und die Haltbarkeit verbessert. FRP ist jedoch ein Material, das fast keine plastische Deformation zeigt und eine Kompressions- und Biegefestigkeit hat, die fast die gleiche wie die des Metallmaterials ist, wohingegen der FRP eine Zugfestigkeit aufweist, die größer als die des Metallmaterials ist. Deshalb ist es gegenwärtig schwierig, den FRP praktisch zu verwenden, da der FRP keinen ausreichenden Vorteil bei der Gewichtsverringerung eines herkömmlichen Stoßenergie absorbierenden Mechanismus aufweist, der nach dem Kompressions- und Biegemodus bricht bzw. reißt.
Eine erste Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht folglich darin, ein leichtes und kompaktes Stoßenergie absorbierendes Teil für eine Transportausrüstung bereitzustellen, das den vorstehend genannten Biege- und Kompressionsmodus ausnutzt und die Nachteile eines herkömmlichen schweren und voluminösen Stoßenergie absorbierenden Teils beseitigen kann und im Falle eines Zusammenstoßes Stoßenergie von einem sich bewegenden Körper ausreichend absorbieren kann.
Es ist insbesondere eine dringliche Angelegenheit, die Kompatibilität einer Stoßenergie absorbierenden Vorrichtung zwischen der Sicherheit bei einem Zusammenstoß aus verschiedenen Richtungen und der Gewichtsverringerung unter den besonderen Umständen zu erreichen, bei denen Kraftfahrzeuge für den Personengebrauch fast den gesamten Teil der Transportausrüstung einnehmen. Folglich besteht eine zweite Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Vorrichtung zur Lösung des vorstehend genannten Problems bereitzustellen.
US 4,290,235 beschreibt zudem ein stoßabsorbierendes Band, das durchgängige Glasfasern umfaßt, das zwischen zwei senkrechten Stützen in einem Kraftfahrzeug angebracht ist und einen Intrusionswiderstand bietet. Die Absorptionsbänder dieser Erfindung haben jedoch topographisch keine geschlossene Schlaufenstruktur.
Das Dokument DE 44 23 741 aus dem Stand der Technik zeigt außerdem ein Stoßabsorptionsband für ein Kraftfahrzeug, das aus einem flachen Textilerzeugnis hergestellt und mit Fasern verstärkt ist. Dieses Band hat wiederum deutliche topographische Unterschiede gegenüber dem erfindungsgemäßen Absorptionsteil, durch die es für die Absorption von Stoßenergie für eine gegebene Gewichtseinheit des Bandes weniger geeignet ist.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Stoßenergie absorbierende Teil ist durch die Merkmale gemäß Anspruch 1 definiert.
Wenn das erfindungsgemäße Stoßenergie absorbierende Teil verwendet wird, wird es durch mechanisches Verbinden und Befestigen und/oder durch Verbinden mit den Bereichen verbunden, an denen das Teil erwünscht ist, um Stoßenergie zu absorbieren, wie an den Innenseiten einer Tür und eines Stoßfängers, der Innenseite und der Außenseite des Seitenblechs, dem hinteren Bereich eines Motors, dem Umfang des Insassenraums und dergleichen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Perspektivansicht, die eine Ausführungsform eines Stoßenergie absorbierenden Teils zeigt;
2 ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßenergie absorbierenden Teils, das sich von dem in 1 gezeigten Stoßenergie absorbierenden Teil unterscheidet;
3 ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Stoßenergie absorbierenden Teils, das sich von den in 1 und 2 gezeigten Stoßenergie absorbierenden Teilen unterscheidet;
4 ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform des Stoßenergie absorbierenden Teils, das sich von den in 1 bis 3 gezeigten Stoßenergie absorbierenden Teilen unterscheidet;
5 ist eine Perspektivansicht des Pendelschlagversuchsverfahrens, einschließlich des Verfahrens zum Befestigen eines Stoßenergie absorbierenden Teils der entsprechenden Ausführungsformen;
6 ist eine Perspektivansicht, die eine Ausführungsform eines Stoßenergie absorbierenden Teils zeigt;
7 ist eine Perspektivansicht, die eine Ausführungsform eines Stoßenergie absorbierenden Teils zeigt;
8 ist eine Perspektivansicht, die eine Ausführungsform des Befestigungsbereichs des erfindungsgemäßen Stoßenergie absorbierenden Teils zeigt;
9 ist eine Perspektivansicht, die eine Ausführungsform des Befestigungsbereichs des erfindungsgemäßen Stoßenergie absorbierenden Teils zeigt;
10 ist eine Perspektivansicht, die ein besonders bevorzugtes Beispiel zeigt, wie das erfindungsgemäße Stoßenergie absorbierende Teil bei einem Auto verwendet wird;
11 ist eine Perspektivansicht, wobei eine Tür 4 in 4 vom Fahrgastraum aus betrachtet wird;
12 ist eine Schnittansicht in Richtung der Linie X-X von 11; und
13 ist eine Perspektivansicht des Pendelschlagversuchsverfahrens, einschließlich eines Verfahrens zum Befestigen der Stoßenergie absorbierenden Teile der entsprechenden Ausführungsformen.
Die Ausführungsformen der 1, 4, 6 und 7 bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung, da die dort gezeigten langen Teile keine endlose Form haben.

1: langes Teil
1A–1C: Stoßenergie absorbierendes Teil
2: Längsrichtung
3: Dickenrichtung
4: fixierende Spannvorrichtung (Stift)
5: Trägerteil
6: Trägerteil mit Lager
7: erstärkender Bereich des langen Teils
8: Auto
9: Tür
10: drehbarer Stab
11: Verbindungsteil
L: Länge
t: Dicke
B: Breite
R: Durchmesser der fixierenden Spannvorrichtung
L1: gesamte Spannweite
L2: Abstand zwischen den Stiften

Beste Art und Weise der Durchführung der Erfindung
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Perspektivansicht einer Ausführungsform eines Stoßenergie absorbierenden FRP-Teils.
Erstens besteht das Stoßenergie absorbierende Teil aus einem langen FRP-Teil mit einer Längsrichtung und einer Dickenrichtung. Langes Teil 1 ist ein Oberbegriff, der für Teile steht, die in einer sogenannten Lagenform, Seilform, Gurtform und dergleichen ausgebildet sind, die in bezug auf die Querschnittsfläche lang sind. Fast alle Querschnitte (seitliche Querschnitte) dieser Formen, die senkrecht zur Längsrichtung sind, neigen dazu, auf die Einwirkung einer Stoßkraft eine Zugspannung zu erzeugen. Von diesen Teilen ist das Teil in Form einer Lage besonders bevorzugt. Längsrichtung 2 steht wörtlich für die Richtung, in der die Länge des langen Teils einen Höchstwert hat, und die Länge beträgt mehrere 10 cm bis mehrere Meter, wenn es ein Teil ist, das für Autos verwendet wird. Die Längsrichtung fällt nicht mit der Richtung der Stoßkraft zusammen, und die Stoßkraft ist senkrecht zur Längsrichtung oder hat einen bestimmten Winkel zu dieser (θ in 5, was später beschrieben wird). Dickenrichtung 3 ist die Richtung, die ungefähr senkrecht zur Längsrichtung ist und ungefähr mit der Richtung übereinstimmt, in der das lange Teil am stärksten deformiert wird, wenn es einer Stoßkraft ausgesetzt wird. Das heißt, durch die Zugspannung wird die Stoßkraft selbst im wesentlichen in Übereinstimmung mit der Dickenrichtung gebracht, selbst wenn sie nicht zur Längsrichtung des langen Teils senkrecht ist. Der FRP ist in der vorliegenden Erfindung ferner ein einfacher Faserkörper, der aus verstärkenden Fasern, wie Kohlenstoffasern, Aramidfasern, Glasfasern und dergleichen, besteht und in Form geflochtener Schnüre oder in Form verdrillter Fasern geformt ist oder der einfache Faserkörper ist teilweise mit dem Harz imprägniert.
Das Verhältnis (t/L) zwischen der Dicke t (mm) und der Länge (L) des langen Teils liegt im Bereich von 1/11000 bis 6/1000. Ein Teil in einer sogenannten Lagenform mit einer geringen Dicke ist bevorzugt. Das erfindungsgemäße Stoßenergie absorbierende Teil ist so angeordnet, daß die Richtung, in der die Stoßkraft wirkt, im wesentlichen mit der Dickenrichtung übereinstimmt. Da das erfindungsgemäße Stoßenergie absorbierende Teil lang ist und eine geringe Wanddicke hat, wie es vorstehend beschrieben ist, reißt es nicht, selbst wenn eine Stoßkraft darauf einwirkt, da es gebogen oder zusammengedrückt wird, so daß es Energie absorbieren kann, bis es reißt, weil es gedehnt wird (wie es z.B. in der Ausführungsform gezeigt ist, bei der ein mit Kohlenstoffasern verstärkter Verbundstoff (hier nachstehend als "CFRP" abgekürzt) mit hochgespanntem Stahl verglichen wird, die vom CFRP absorbierte Energiemenge ist etwa zehnmal so hoch wie die vom hochgespannten Stahl absorbierte, und außerdem beträgt das spezifische Gewicht des CFRP etwa ein Fünftel von dem von hochgespanntem Stahl, somit hat der CFRP einen hohen gewichtsvermindernden Effekt). Das Reißen kann durch Dehnung, selbst bei einem geringeren Wert als dem vorstehend genannten unteren Grenzwert, verursacht werden. Wenn das lange Teil jedoch als Teil für eine Transportausrüstung verwendet wird, ist der absolute Wert der von diesem Teil absorbierten Energiemenge in diesem Fall nicht ausreichend. Das lange Teil reißt zudem nicht immer, selbst wenn es bei einem Wert gedehnt wird, der höher als der vorstehend genannte obere Grenzwert ist. Das vorstehend genannte Verhältnis t/L beträgt vorzugsweise 1/11000 bis 3/1000, stärker bevorzugt 1/4000 bis 3/1000 und besonders bevorzugt 1/3000 bis 2/1000.
Das erfindungsgemäße Stoßenergie absorbierende Teil ist zudem ein Teil, bei dem im wesentlichen der gesamte Querschnitt durch Dehnen deformiert wird, wenn es einem Pendelschlagversuchsverfahren unterzogen wird, das später beschrieben wird.
Das in der vorliegenden Erfindung genannte Pendelschlagversuchsverfahren ist ein maßstablich vergrößertes Charpy-Testverfahren (siehe JIS-7111 und ISO-179). Wie in 5 gezeigt, wird das endlose lange Teil 1 um Stifte 4 gedehnt, die als fixierende Spannvorrichtungen wirken, die ohne Spielraum an einen nicht gezeigten sehr starren Rahmen angebracht sind (dem langen Teil 1 wird eine Vorspannung von 0,1 bis 1 kg auferlegt). Die Stifte an beiden Enden der vier Stifte weisen einen Abstand L1 auf, der gleich der Länge (gesamte Spannweite) des langen Teils ist, und die restlichen beiden Stifte weisen einen Abstand L2 auf, der 80 % der gesamten Spannweite beträgt. Dann schlägt ein säulenförmiger Kegel mit einem Gewicht von 3 bis 1 kN und R = 200 bis 100 mm in der Mitte seiner Spannweite mit einer Geschwindigkeit gegen das lange Teil 1, bei der das lange Teil 1 reißt (die Geschwindigkeit wird durch die Höhe H geregelt, aus der der Kegel geschwungen wird). Es wird besonders erwähnt, daß der Eintrittswinkel θ des Pendels in diesem Fall im Bereich von 30 bis 90° liegt. Der Eintrittswinkel kann eingestellt werden, indem die Positionen des Rahmens und des Kegels reguliert werden.
Die absorbierte Energiemenge wird nach einer Methode des üblichen Charpy-Tests aus der Höhe berechnet, bis zu der das Pendel ansteigt, nachdem es einen Stoß auf das lange Teil 1 ausgeübt hat. Die Höhe, bis zu der das Pendel ansteigt, kann auch durch Aufzeichnen des Stadiums des Pendels mit einer Videokamera bestimmt werden. Insbesondere wird die absorbierte Energiemenge E durch folgende Formel berechnet: E = 1/2(WV2) – Wgh(g: Schwerkraft)
oder E = Wg(H – h)worin W für das Gewicht des Pendels steht, V die Geschwindigkeit angibt und h für die Höhe steht, bis zu der das Pendel ansteigt.
Da sich das lange Teil in der Endlosform schwer handhaben läßt, wenn das lange Teil nicht direkt an den Stiften befestigt werden kann, sollte besonders erwähnt werden, daß die absorbierte Energiemenge gemessen werden kann, wenn der Pendelversuch durchgeführt wird, nachdem Verbindungsteile (Bezugsziffer 11 in 13) mit einem Klebemittel oder Schrauben mit dem langen Teil verbunden worden sind, so daß das lange Teil dadurch an den Stiften fixiert werden kann. Dabei ist es erforderlich, daß die Verbindungsteile und Verbindungsbereiche stärker als das lange Teil sind, so daß das Reißen nicht in den Verbindungsteilen und den Verbindungsbereichen sondern im langen Teil erfolgt. Insbesondere bestehen die Verbindungsbereiche aus einem FRP mit hoher Festigkeit oder einem Metallmaterial. Wenn das lange Teil zu lang ist, kann dessen Länge zudem reguliert werden, indem es geeignet zugeschnitten wird.
Dabei ist es bevorzugt, daß das lange Teil 1 deformiert wird, indem es in Längsrichtung gedehnt (gestreckt) wird und die Zugspannung ungefähr im gesamten Querschnitt auftritt (Querschnitt senkrecht zur Längsrichtung, d.h. seitlicher Querschnitt). Das heißt, daß das lange Teil beim Pendelschlagversuch in einer Richtung deformiert wird, wobei dessen Länge an seinen Seiten, wo der Stoß angewendet wird, sowie auch auf der Seite zunimmt, die der vorstehend genannten Seite gegenüberliegt. Wenn das lange Teil deformiert wird, indem es gebogen wird, wird die einem Stoß ausgesetzte Seite im allgemeinen zusammengedrückt, und die gegenüberliegende Seite wird gedehnt. Ob das lange Teil durch Dehnen deformiert wird oder nicht, kann festgestellt werden, wenn ein Dehnungsmeßgerät direkt damit verbunden wird und die Änderung der Dehnung überwacht wird, wenn das lange Teil einen Stoß erhält. Ob das lange Teil durch Dehnen reißt oder nicht, kann zudem bestätigt werden, wenn die gerissene Oberfläche durch Fraktographie identifiziert wird. Beim FRP zeigt eine durch Dehnung gerissene Oberfläche einen sehr unregelmäßigen Anblick, wobei viele Fasern herausgefallen und herausgezogen sind.
Das erfindungsgemäße Stoßenergie absorbierende Teil weist beim vorstehend genannten Pendelschlagversuch eine pro Gewichtseinheit absorbierte Energiemenge von mindestens 3,9 J/g auf. Wenn das erfindungsgemäße Stoßenergie absorbierende Teil eine pro Gewichtseinheit absorbierte Energiemenge von mindestens 3,9 J/g hat, ist es für eine Transportausrüstung und dergleichen geeignet, die eng mit dem spezifischen Kraftstoffverbrauch in Zusammenhang stehen. Wie es in den Vergleichsbeispielen gezeigt ist, die später beschrieben sind, kann das erfindungsgemäße Stoßenergie absorbierende Teil Energie pro Gewichtseinheit in einer Menge absorbieren, die einige Male größer als die von Metallmaterial ist. Es wird besonders erwähnt, daß der geeignete Bereich der Obergrenze der pro Gewichtseinheit absorbierten Energiemenge von Materialien, die für eine Transportausrüstung verwendet werden können, angesichts der Kosten etwa 50 J/g beträgt.
Die pro Volumeneinheit absorbierte Energiemenge liegt zudem geeigneterweise im Bereich von 5 bis 40 J/cm³. Eine Einstellung der Menge in diesem Bereich ermöglicht es, daß der effektive Raum in einer Transportausrüstung größer wird und auch die Kosten des Stoßenergie absorbierenden Teils für die Transportausrüstung annehmbar sind, wodurch das Stoßenergie absorbierende Teil stärker bevorzugt wird.
1 ist eine Darstellung eines lagenförmigen Teils, das als eine Ausführungsform des langen Teils 1 dient. Das lagenförmigen Teil hat eine Länge L (mm), eine Breite B (mm) und eine Dicke T (mm) und ferner eine Längsrichtung, die mit der Bezugsziffer 2 bezeichnet ist, und eine Dickenrichtung, die mit der Bezugsziffer 3 bezeichnet ist. Eine Stoßbelastung (äußere Kraft) wirkt ungefähr in Dickenrichtung, d.h. in einer Richtung, die ungefähr senkrecht zur Längsrichtung ist, oder in einem Winkel θ (im Bereich von 30 bis 90°) zur Längsrichtung. Wie später erwähnt, müssen die Länge, Breite und Dicke des langen Teils 1 nicht immer einheitlich sein. Wenn die Länge, Breite und Dicke nicht einheitlich sind, werden sie jedoch mit Durchschnittswerten angegeben.
FRP steht in der vorliegenden Erfindung für ein faserverstärktes Harz, das verstärkende Fasern und Matrixharz enthält. Die verstärkenden Fasern tragen hauptsächlich die im lagenförmigen Teil erzeugte Zuglast, und das Harz muß nicht immer alle Fasern bedecken. Das bedeutet, daß der FRP Bereiche aufweist, die nur aus den verstärkenden Fasern bestehen. Die Bereiche, die nur aus verstärkenden Fasern bestehen, weisen das Merkmal auf, daß sie sehr flexibel sind und entlang von Bereichen mit einer komplexen Form deformiert werden können.
Als verstärkende Fasern werden Fasern verwendet, zu denen anorganische Fasern, wie Kohlenstoffasern, Glasfasern, Fasern aus Aluminium (alumna), Siliciumnitridfasern usw.; synthetische Polyamidfasern, wie Aramidfasern, Nylon usw.; organische Fasern, wie Aramidfasern, Fasern aus PBO (Polybenzoxazin), Polyolefinfasern, Polyesterfasern, Polyphenylsulfonfasern und dergleichen gehören. Diese Fasern können unabhängig voneinander oder in einem Gemisch von zumindest zwei Arten davon verwendet werden.
Kohlenstoffasern sind besonders vorteilhaft, da sie eine hohe Festigkeit und einen hohen Elastizitätsmodul haben und eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit besitzen. Kohlenstoffasern können irgendwelche Kohlenstoffasern aus PAN (Polyacrylnitril) und Kohlenstoffasern aus Pech sein. Davon sind jedoch PAN-Kohlenstoffasern bevorzugt, da sie eine starke Veränderung der vorstehend genannten Dehnung aufweisen. Wenn das Stoßenergie absorbierende Teil mit Festigkeit ausgestattet werden soll, ist es bevorzugt, Kohlenstoffasern mit einem Elastizitätsmodul von 200 bis 600 GPa auszuwählen, wohingegen es bevorzugt ist, Kohlenstoffasern mit einer Festigkeit im Bereich von 3 bis 10 GPa auszuwählen, wenn das Stoßenergie absorbierende Teil mit Flexibilität ausgestattet werden soll. Wenn die stabilisierte Form des Stoßenergie absorbierenden Teils lange Zeit erhalten bleiben soll, können vorzugsweise Kohlenstoffasern verwendet werden, da sie von diesen verstärkenden Fasern einen geringen Wert der Kriechverformung haben. Wenn das Stoßenergie absorbierende Teil in bezug auf einen Befestigungsbereich z.B. vorgespannt sein soll, was später beschrieben wird, erlaubt die Anordnung der Kohlenstoffasern in Zugrichtung eine wirksame Absorption der Stoßenergie. Außerdem ist es bevorzugt, daß die Kohlenstoffasern einen Durchmesser von 5 bis 15 μm haben, damit die Zugfestigkeit wirksam ausgeübt wird.
Glasfasern (insbesondere faserartiges Glas, wie E-Glas, C-Glas, S-Glas usw.), sind zudem bevorzugt, da die Zugfestigkeit und die Druckfestigkeit darin ausgeglichen sind. In der vorliegenden Erfindung ist es angesichts der Kriecheigenschaften bevorzugt, daß die Fasern einen Durchmesser von 5 bis 15 μm haben. Wenn der Faser durchmesser oberhalb dieses Bereichs liegt, kommt es durch einen Defekt auf der Oberfläche wahrscheinlich zum Kriechen. Ein Faserdurchmesser außerhalb dieses Bereichs verringert zudem die Produktivität.
Aramidfasern, die eine starke Dehnung und eine hohe Festigkeit aufweisen, werden vorzugsweise als organische Fasern verwendet. Der Grund ist, daß Aramidfasern gegenüber Säure beständig sind, die oft in einer Transportausrüstung verwendet wird, und auch eine sehr hohe Festigkeit von 2,5 bis 3,8 GPa haben, so daß mit einer geringen Menge davon Stoßenergie absorbiert werden kann. Als Aramidfasern werden in großem Umfang Kevlarfasern verwendet. Da das spezifische Gewicht von Kevlarfasern geringer als das von Kohlenstoffasern und Glasfasern ist, können sie auch verwendet werden, wenn das Gewicht des Stoßenergie absorbierenden Teils verringert werden soll. Wenn einige Fasern der verstärkenden Fasern, die als Stoßenergie absorbierendes Teil aus Kohlenstoffasern verwendet werden, aus Kevlarfasern bestehen, kann das Gewicht des Stoßenergie absorbierenden Teils weiter verringert werden. Da die organischen Fasern zudem ähnlich wie Glasfasern nicht leitfähig sind, kann das Bedecken der Kohlenstoffasern mit organischen Fasern die Oberfläche des Stoßenergie absorbierenden Teils vollkommen oder teilweise nicht leitfähig machen.
Als Form der Fasern kann irgendeine bekannte Form, wie eine Strangform, eine Flyergarnform, eine Spinngarnform, eine gewebte Form, eine Hüllgarnform, verwendet werden. Die Strangform und die Flyergarnform sind jedoch bevorzugt, um ein Absorptionsvermögen für Stoßenergie, d.h. sehr gute Zugeigenschaften, zu erreichen. Das Seil und dergleichen, die in der veröffentlichten ungeprüften japanischen Patentanmeldung Nr. 11-302978 offenbart sind, stellen zudem ebenfalls bevorzugte Formen dar.
Die im erfindungsgemäßen Stoßenergie absorbierenden Teil verwendeten verstärkenden Fasern sind in Längsrichtung der Lage angeordnet, wodurch Stoßenergie durch Zugverformung absorbiert wird. Die Richtung, in der sie angeordnet sind, muß jedoch nicht genau mit der Längsrichtung übereinstimmen. Selbst wenn die verstärkenden Fasern mit einer Neigung von etwa ± 5° zur Längsachse der Lage angeordnet sind, werden sie als im wesentlichen in Längsrichtung angeordnet angesehen, wenn sie nach einem Zugmodus zerrissen werden. Trotzdem können für eine geeignete Fertigung im Hinblick auf die Produktivität Fasern enthalten sein, die in Richtungen angeordnet sind, die von der Längsrichtung verschieden sind. Der Anteil der in Längsrichtung angeordneten verstärkenden Fasern von allen verstärkenden Fasern beträgt vorzugsweise 70 % oder mehr und stärker bevorzugt 80 % oder mehr. Wenn ein Stoßenergie absorbierendes Teil, das Kohlenstoffasern enthält, z.B. durch Ziehen erzeugt wird, können organische Fasern und Glasfasern in Bereichen angeordnet sein, die mit der formgebenden Metallform in Kontakt stehen, wodurch deren Verschleiß verringert wird. Die Anwendung einer Verdrillung von etwa zwei Mal/m bis 10 Mal/m hat den Effekt, daß das Reißen von Fäden bzw. Schnüren unterdrückt wird, und das ist bei der Verarbeitung bevorzugt.
Die verstärkenden Fasern sind vorzugsweise in einer Menge von 35 bis 99 Vol.-% und stärker bevorzugt in einer Menge von 50 bis 90 Vol.-% enthalten. Es wird besonders erwähnt, daß der Fasergehalt gemäß JIS K7052 gemessen werden kann.
Nachfolgend wird das in der vorliegenden Erfindung verwendete Matrixharz beschrieben. Beispiele der Matrixfaser, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, sind wärmehärtende Harze, wie Epoxidharze, Vinylesterharze, ungesättigte Polyesterharze, Phenolharze, Benzoxazinharze usw., thermoplastische Harze, wie Polyethylenharze, Polyamidharze, Polypropylenharze, ABS-Harze, Polybutylente rephthalatharze, Polyacetalharze, Polycarbonatharze usw., und denaturierte Harze, die erhalten werden, wenn diese Harze zu Legierungen verarbeitet werden.
Polyvinylchloride sind bevorzugt, da sie eine hervorragende Leistung bei geringen Temperaturen haben. Epoxidharze, Polyesterharze, Vinylesterharze und deren denaturierte Harze können auf dem Gebiet einer Transportausrüstung vorzugsweise als Material verwendet werden, da sie sowohl eine hervorragende Zugbiegeeigenschaft als auch chemische und Witterungsbeständigkeit haben. Phenolharze und Benzoxazinharze sind zudem bevorzugt, da sie in hervorragender Weise nicht brennbar sind und eine geringere Gasmenge erzeugen, wenn sie verbrannt werden.
Wenn zudem die Wiederverwertbarkeit und die Formbarkeit erforderlich sind, können vorzugsweise thermoplastische Harze, wie Polypropylenharze und dergleichen, verwendet werden.
Da die Aufgabe der Matrixharze nicht darin besteht, Kompressionsfestigkeit auszuüben, können zudem gummiartige Matrixharze mit einem Elastizitätsmodul von etwa 20 MPa verwendet werden. Wenn andere Eigenschaften als die Stoßabsorptionseigenschaften in Betracht gezogen werden, ist es bevorzugt, daß der Elastizitätsmodul der Matrixharze im Bereich von 100 bis 600 MPa liegt.
Das lange Teil kann in Lagenform, Seilform (6), Gurtform, Drahtform, Kettenform, Netzform (7) und in Form einer Lage vorliegen, sofern deren gesamter Querschnitt deformiert wird, wenn es beim vorstehend genannten Pendelschlagversuch gedehnt wird. Angesichts der Absorption einer größeren Stoßenergiemenge und der Verringerung der auf Insassen ausgeübten Stoßbelastung ist jedoch ein Deformationswert notwendig, der einen bestimmten Grad übersteigt. Deshalb ist es stärker bevorzugt, daß die Krümmung des langen Teils, wenn es gebogen wird, 1 m oder weniger beträgt. Der Grund ist, daß die absorbierte Energiemenge das Produkt aus Last (P) und Wert der Verdrängung (S) ist, wenn der Wert der Verdrängung bei der Absorption der gleichen Energiemenge auf die Hälfte gebracht wird, wird die Last verdoppelt.
Die Krümmung beim Biegen kann gemessen werden, indem ein auf 500 zu 1000 mm zugeschnittenes Teil an drei Punkten gebogen wird und der Mittelpunkt der Krümmung des Teils anhand einer Fotografie des gebogenen Teils geometrisch bestimmt wird.
Das erfindungsgemäße Stoßenergie absorbierende Teil wird zudem so angeordnet, daß die Richtung, in der die Stoßkraft wirkt, mit der Dickenrichtung des Teils übereinstimmt. Der Grund ist, daß bei Einwirkung der Stoßkraft auf das Stoßenergie absorbierende Teil die Zugspannung, d.h. eine Zugkraft auf die in Längsrichtung angeordneten Fasern wirkt. Es wird besonders erwähnt, daß die Fasern miteinander verdrillt werden können (Seilprinzip), so daß deren Fähigkeit, eine Zugbelastung zu tragen, verbessert wird. Insbesondere können als Beispiel dieser Anordnung ein Seil, ein Gurt und ein faden- bzw. schnurförmiges Material genannt werden. Außerdem ist es bevorzugt, daß das Teil in Form einer Lage eine geschlossene Schlaufe bildet, wodurch die Leistung in bezug auf die Energieabsorption verbessert wird, da die Verteilung der Zugspannung gleichmäßig wird.
Das schlaufenförmige Teil in Form einer Lage hat einen Vorteil im Vergleich mit einem einfachen Teil in Form einen langen Lage, dessen Enden durch Kleben oder mechanisch miteinander verbunden werden müssen, da dessen Gewicht verringert werden kann, weil es keine Spannvorrichtung zum Verbinden der Enden benötigt, und dessen Gewicht nicht durch die Verstärkung erhöht wird, die angesichts der Konzentration der Belastung bei einer einfachen Lage verwendet wird. Die schlaufenförmige Lage hat auch den Vorteil, daß der Verbin dungsvorgang leicht erfolgen kann, wenn sie montiert oder repariert wird. Die kontinuierliche Anordnung der verstärkenden Fasern entlang der Schlaufe erlaubt zudem, daß die Zugfestigkeit ideal ausgeübt wird. Als Ergebnis hat das schlaufenförmige Teil den Vorteil, daß es eine sehr hohe Stoßenergie absorbieren kann.
Es wird besonders erwähnt, daß die Breite des Teils aus einer Lage in Form einer geschlossenen Schlaufe nicht konstant sein muß und wie bei dem in 4 gezeigten Absorptionsteil konisch sein kann. Ferner kann das Teil aus einer Lage in Form einer geschlossenen Schlaufe am Ende gabelförmig aufgeteilt sein, wie bei dem in 3 gezeigten Absorptionsteil. Insbesondere sind ein netzförmiges Absorptionsteil mit mehreren verzweigten Abschnitten, wie bei dem in 7 gezeigten Absorptionsteil, und ein schlauchförmiges Absorptionsteil mit Kreuzungs- bzw. Schnittpunkten bevorzugt.
Es wird besonders erwähnt, daß der Zusammenhang zwischen der Zugfestigkeit (σ), der Dehnung (e) und der absorbierten Energiemenge (E) des FRP, wenn der FRP durch Dehnen gerissen ist, ungefähr mit der folgenden Formel angegeben wird. Somit ist es bevorzugt, entsprechend der erforderlichen zu absorbierenden Energiemenge ein Material auszuwählen, das eine geeignete Festigkeit und Dehnung aufweist. E = 1/2(σe)
Ein übermäßig starke Dehnung in der Transportausrüstung führt jedoch zu einer übermäßig starken Verformung. Im Falle einer Tür eines Autos besteht z.B. die Möglichkeit, daß eine Stoßkraft die Insassen erreicht, wenn es an der Seite des Autos zu einem Zusammenstoß kommt. Anhand des vorstehend erwähnten ist es bei einer Transportausrüstung bevorzugt, daß die Zugdehnung in Längsrichtung des FRP, der ein FRP-Teil bildet, im Bereich von 0,3 bis 3,5 % liegt. Die Zug dehnung liegt stärker bevorzugt im Bereich von 0,5 bis 3 %. Es wird besonders erwähnt, daß die Dehnung des FRP gemäß JIS K7054 oder JIS K7074 gemessen werden kann.
Beispiele des Materials, das die vorstehend beschriebene geeignete Festigkeit und Dehnung aufweist, sind ein mit Kohlenstoffaser verstärkter Verbundstoff, ein mit Glasfasern verstärkter Verbundstoff und dergleichen. Insbesondere sind verstärkende Fasern mit einer Festigkeit von mindestens 1,5 GPa bevorzugt, da die Festigkeit des faserverstärkten Verbundmaterials durch eine geringere Menge von verstärkenden Fasern verbessert werden kann.
Das erfindungsgemäße Stoßenergie absorbierende Teil findet insbesondere einen weiten Verwendungsbereich in einer allgemeinen Transportausrüstung, wie Kraftfahrzeugen, die allgemein als Automobil, Lastkraftwagen, Wohnwagen, Personenkraftwagen, Sportwagen, Rennwagen, Motordreirad und dergleichen bezeichnet werden, sowie auch bei einem Flugzeug, Motorrad, Elektroauto, Container, Schiff und dergleichen.
Eine davon bevorzugte Verwendung ist eine Tür für ein Auto. Wenn das erfindungsgemäße Stoßenergie absorbierende FRP-Teil in Form einer Lage in einem Bereich angebracht wird, in dem herkömmlich ein als Stoßglied bezeichnetes Stahlrohr befestigt ist, kann es die erzeugte Stoßenergie absorbieren, wenn es an der Seite des Autos zu einem Zusammenstoß kommt, und die Insassen schützen und auch das Gewicht der Tür verringern. Bei einem Personenkraftwagen mit einer Gewicht von etwa 1 t wird das Teil in Form einer Lage gemäß 2, das aus einem mit Kohlenstoffasern verstärktem Verbundstoff besteht, das eine Dicke von 0,5 mm und eine Breite von 100 mm hat und in Form einer geschlossenen Schlaufe ausgebildet ist, am Türrahmen befestigt. Fixierende Spannvorrichtungen, wie Stifte oder dergleichen, dienen als Befestigungsverfahren, und die fixierenden Spannvor richtungen werden mechanisch am Rahmen angebracht, wie es in 5 gezeigt ist. Dabei ist bevorzugt, daß der Rahmen starrer als ein herkömmlicher Rahmen ist. Das Stoßenergie absorbierende Teil kann fixiert werden, nachdem es vorgespannt worden ist, damit die Menge der Substanzen geringer wird, die bei einem Zusammenstoß erzeugt werden und in den Fahrgastraum gelangen.
Als weitere Verwendung des Stoßenergie absorbierenden Teils in der Transportausrüstung wird es zwischen dem Motorraum und einer Kabine installiert, um zu verhindern, daß Motorteile in die Kabine (Fahrgastraum) gelangen, oder in der Nähe von Kraftstoffteilen, wie einem Erdgastank, einem Wasserstofftank, einem Benzintank, einem Methanoltank usw., installiert, um zu verhindern, daß der Kraftstofftank durch einen Stoß beschädigt wird und einen Brand verursacht und dergleichen.
Es ist ferner auch möglich, den Bereich, in dem das Stoßenergie absorbierende Teil am Rahmen angebracht ist, drehbar zu machen, damit die Belastungskonzentration am Befestigungsbereich verringert wird, so daß das frühe Reißen des Rahmens in der Nähe des Befestigungsbereich unterdrückt wird. Als Verfahren, um den Befestigungsbereich drehbar zu machen, gibt es ein Verfahren, bei dem das erfindungsgemäße Teil in einen Kontakt mit einem Stift gezwungen wird, der einen niedrigen Reibungskoeffizienten hat, und das Teil selbst mit einem Gleitmittel drehbar gemacht wird ( 8), und ein Verfahren, bei dem ein Stift 6, der an einem Teil fixiert ist, von Trägerteilen 6 aufgenommen wird, die jeweils mit einem Lager versehen sind, damit sich das Teil zusammen mit dem Stift drehen kann (9) und dergleichen. Wenn nur der fixierte Bereich drehbar gemacht wird, kann die Zugspannung effektiver wirken, wodurch eine größere Energiemenge absorbiert werden kann. Außerdem ist es für eine Erhöhung der absorbierten Energiemenge effektiv, die Festigkeit des Bereichs in der Nähe des fixierten Bereichs eines langen Teils zu erhöhen, indem die im langen Teil verwendete Menge der verstärkenden Fasern erhöht oder das lange Teil teilweise verstärkt wird (7 in 9). Insbesondere kann die teilweise Verstärkung bei einem Bereich wirksam angewendet werden, in dem es wahrscheinlich zur Belastungskonzentration kommt, wie einem Bereich, in dem die Krümmung zunimmt, einem Bereich, in dem das lange Teil mit einem anderen Teil in Kontakt kommt und dergleichen.
Obwohl das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Stoßenergie absorbierende Teil der faserverstärkte Verbundstoff ist, ist dessen Kategorie sehr umfangreich und schließt nicht nur den sogenannten FRP mit einer hohen Steifheit und Festigkeit, der für die Struktur verwendet wird, sondern auch Verbundstoffe ein, die für einen Gurt, ein Seil, einen Reifen und dergleichen verwendet werden. Von den Formen, die von der Form einer Lage verschieden sind, ist die Seilform bevorzugt, da sie eine hervorragende Verschleißeigenschaft besitzt (6). Insbesondere sind strangförmige verstärkende Fasern als einer geflochtenen Kordel ähnliche Fasern oder verdrillte Fasern angeordnet, und das Seil wird durch Kombinieren dieser Fasern gebildet. Im Falle der Seilform kann ein Ende des Seils umgebogen und mit einem Metallverbundstück festgeklemmt werden, dem SATSUMA-Wirken der Enden oder dergleichen unterzogen werden oder fixiert werden, indem es mit einem Faden vernäht wird, wobei dieses Verfahren als Nähen bezeichnet wird. Zusätzlich dazu kann das Ende des Seils ähnlich wie bei einem Stahlseil mit einer Klemme mit Gewindeende, einer Klemme mit Ösenende, einer Klemme mit Klauenende, einer SHINKO-Klemme, einer Klemme, bei der das Ende von einer Muffe gehalten wird, einer Muffe vom offenen Typ, einem DINA-Anker und dergleichen versehen werden. Wenn das Ende mit einer Klemme mit Gewindeende versehen ist, kann das Absorptionsteil mit einem Fahrzeugkörper, einem Fahrzeug und dergleichen verschraubt werden, was für dessen Montage und Demontage geeignet ist.
Wie nachstehend beschrieben, kann zudem ein Zustand ohne ein Ende (endloser Zustand) bereitgestellt werden, indem ein Seil oder dergleichen zu einer Schlaufe geformt wird. Bei einem Stoßenergie absorbierenden Teil, das schlaufenförmig ist, ist es auch bevorzugt, dessen überlappten Bereich zu verstärken, indem er mit einem Metallverbindungsstück oder dergleichen festgeklemmt wird oder indem ferner um den überlappten Bereich verstärkende Fasern gewickelt werden, so daß der gesamte Querschnitt des Absorptionsteils eine Zugbelastung wirksam tragen kann. Es muß nicht betont werden, daß die Menge der verstärkenden Fasern je nach Erfordernis in Bereichen, abgesehen vom überlappten Bereich, erhöht oder verringert werden kann, wodurch das Gewicht des Absorptionsteils geringer wird.
Wie vorstehend beschrieben, werden im erfindungsgemäßen Stoßenergie absorbierenden Teil durch Zugspannung Fasern mit hoher Festigkeit zum Reißen gebracht, die die höchste energieabsorbierende Wirkung haben, so daß Energie absorbiert wird, die erzeugt wird, wenn das Absorptionsteil einen Stoß erhält. Das Stoßenergie absorbierende Teil kann folglich auch als Energieabsorptionsteil vom Installationstyp verwendet werden, um eine Transportausrüstung, einschließlich Autos, sowie auch Gebäude und Häuser, mit denen die Transportausrüstung kollidieren kann, vor einem Stoß zu schützen. Ein bestimmte Beispiel ist ein Energieabsorptionsteil, das anstelle eines Schutzpfostens, einer Leitschiene und dergleichen verwendet wird.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäße Stoßenergie absorbierenden Teils in Form einer Lage beschrieben. Für die Herstellung des erfindungsgemäßen Stoßenergie absorbierenden Teils können all die Technologien verwendet werden, zu denen ein Verfahren zum Aufwickeln von Filamenten, ein Zugdrillverfahren (pulltrusion), ein Zug/Aufwickel-Verfahren, ein Ablegeverfahren von Hand, ein Verfahren zum Umformen von Harz (transmolding) usw. gehören. Von diesen sind das Zugdrillverfahren und das Zug/Aufwickel-Verfahren bevorzugt, da sie ein schlaufenförmiges Stoßenergie absorbierendes Teil kontinuierlich herstellen können, bei dem die verstärkenden Fasern in Längsrichtung der Lage angeordnet sind, wobei eine rohrförmige Metallform verwendet wird, die Fasern in radialer Richtung des Rohrs angeordnet werden und das Rohr in runde Scheiben geschnitten wird.
Das Verfahren zum Aufwickeln von Filamenten stellt ferner ebenfalls ein bevorzugtes Formgebungsverfahren dar. Wenn das schlaufenförmige Stoßenergie absorbierende Teil hergestellt wird, werden z.B. verstärkende Fasern oder mit Matrixharz imprägnierte verstärkende Fasern um einen Dorn gewickelt, der einen Querschnitt hat, der der gewünschten Schlaufenform entspricht, und dann vollständig, teilweise oder zusätzlich mit Matrixharz imprägniert. Dann wird das Matrixharz auf dem Dorn oder nach der Entnahme vom Dorn gehärtet, wodurch ein schlauchförmiges Teil erhalten wird. Das schlauchförmige Teil wird in runde Scheiben mit der erforderlichen Breite geschnitten, wodurch das erfindungsgemäße Stoßenergie absorbierende Teil erhalten wird. Bei den vorstehend genannten Formgebungsverfahren durch Ziehen und dem Verfahren zum Aufwickeln von Filamenten kann, da die verstärkenden Fasern kontinuierlich entlang des gesamten Umfangs einer Schlaufe ausgebildet sind, ein besonders bevorzugtes Stoßenergie absorbierendes Teil erhalten werden, das eine sehr hohe Zugfestigkeit hat und gleichmäßig ist.
Außerdem können seil- und schnurförmige Stoßenergie absorbierende Teile so hergestellt werden, daß Stränge von verstärkenden Fasern oder mit Harz imprägnierte Stränge von verstärkenden Fasern gewirkt oder zu einer verdrillten Struktur geformt werden, wobei eine Vorrichtung zur Herstellung von geflochtenen Schnüren, wie eine Flechtmaschine, verwendet wird, ferner eine Vielzahl von Strängen verdrillt und mit Harz imprägniert wird und das Harz dann gehärtet wird.
Nachfolgend wird ein Beispiel beschrieben, bei dem verschiedene Arten der erfindungsgemäßen Stoßenergie absorbierende Teile besonders bevorzugt verwendet werden.
10 ist eine Perspektivansicht eines Autos 8, bei dem die erfindungsgemäßen Stoßenergie absorbierenden Teile 1A bis 1C verwendet werden, wobei das Stoßenergie absorbierende Teil 1A verwendet wird, um Stoßenergie zu absorbieren, die von einer Tür erzeugt wird; das Stoßenergie absorbierende Teil 1B dient dazu, Stoßenergie zu absorbieren, die von einem unter der Motorhaube aufgenommenen Motor erzeugt wird; und das Stoßenergie absorbierende Teil 1C wird verwendet, um Stoßenergie zu absorbieren, die bei einem Aufprall von hinten erzeugt wird. Bei den vorstehend genannten Verwendungszwecken können irgendwelche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Stoßenergie absorbierenden Teils verwendet werden. Von diesen Absorptionsteilen wird das Stoßenergie absorbierende Teil 1A detailliert beschrieben. 11 ist eine Perspektivansicht, wobei die Tür 9 in 10 aus dem Fahrgastraum betrachtet wird. Die Tür 9 schließt ein Paar rechte und linke drehbare Stäbe 10, die drehbar auf beiden Seiten der Innenseite der Tür 9 angeordnet sind, und das erfindungsgemäße Stoßenergie absorbierende Teil 1A ein, das zwischen dem Paar drehbarer Stäbe 10 gestreckt ist. Wie in 12 gezeigt, die eine Schnittansicht in Richtung der Linie X-X von 11 ist, wird das Stoßenergie absorbierende Teil 1A von einer Endlosgurtform gebildet (die vorstehend beschriebene in 2 gezeigte) und gedehnt, so daß sie das Paar drehbarer Stäbe 10 umgibt.
Wenn sich das Stoßenergie absorbierende Teil 1A, das wie vorstehend beschrieben angeordnet ist, auf der Innenseite der Tür 9 befindet und wenn durch einen Verkehrsunfall oder dergleichen, eine Stoßenergie von der Außenseite der Tür in Richtung des Fahrgastraums angewendet wird, das heißt, wenn Stoßenergie in Richtung des weißen Pfeils in 12 angewendet wird, empfängt zuerst das Stoßenergie absorbierende Teil 1A die Stoßenergie und wandelt sie um, so daß es zu einer Deformation seines gesamten seitlichen Querschnitts, der zu dessen Längsrichtung senkrecht ist, kommt, indem er gedehnt wird. Mit anderen Worten wird die Stoßenergie durch die Dehnung des gesamten Querschnitts des Absorptionsteils in eine Deformation umgewandelt, und der Stoßenergie wird nur durch die Zugbelastung widerstanden, was sich von einem herkömmlichen Stoßenergie absorbierenden Teil unterscheidet, das beabsichtigt, die Stoßenergie durch seine teilweise plastische Verformung zu absorbieren. Als Ergebnis kann das Stoßenergie absorbierende Teil 1A eine sehr hohe Stoßenergie absorbieren. Dabei drehen sich die drehbaren Stäbe 10 als Folge der Verschiebung des Stoßenergie absorbierenden Teils im Falle eines Zusammenstoßes und verteilen die örtlich angewendete Stoßenergie gleichmäßig auf den gesamten Querschnitt der gesamten Länge des Stoßenergie absorbierenden Teils 1A in Form eines Endlosgurtes, das durch Dehnen deformiert worden ist, wodurch eine höhere Stoßenergie absorbiert werden kann.
Beispiel 1
Als verstärkende Fasern wurden Kohlenstoffasern verwendet und die Stränge von "Toreca" T700S (Elastizitätsmodul: 235 GPa, Festigkeit: 5 GPa, Dehnung: 2,1 %), die von Toray geliefert werden, wurden mit einem Epoxidharz vom Typ Bisphenol A imprägniert und dem Aufwickeln von Filamenten unterzogen, und das Harz wurde 2 Stunden in einem Ofen bei 130°C gehärtet. Mit dieser Behandlung wurden Stoßenergie absorbierende Teile erhalten, die jeweils aus einem lagenförmigen FRP-Teil in Form einer geschlossenen Schlaufe bestanden (enthielten die Kohlenstoffasern in einer Menge von 60 Vol.-%). Jedes Absorptionsteil hatte eine Breite von 50 mm, eine Dicke von 0,3 mm und eine Länge von 100 mm. Die Zugfestigkeit dieser Teile betrug 2700 MPa, und deren Dehnung lag bei 2,1 %.
Es wurde ein Stoßtest der lagenförmigen Teile durchgeführt, indem sie mit vier Stiften auf einem selbstgebauten Pendeltestschlaggerät befestigt wurden, das in dieser Beschreibung beschrieben und in 5 gezeigt ist. Als Ergebnis rissen die lagenförmigen Teile, als sie gedehnt wurden und teilten sich in Stücke und der Wert der pro Gewichtseinheit jedes lagenförmigen Teils absorbierten Energie betrug 17,5 J/g. Bei Betrachtung der gerissenen Querschnitte mit einem Elektronenmikroskop vom Rastertyp (Modell: SEM-XMA S4000 von Hitachi Corp. hergestellt) mit einer Vergrößerung von 5000 wurde zudem festgestellt, daß Fasern aus den gesamten Querschnitten herausgezogen worden waren, womit bestätigt werden konnte, daß sie durch Dehnen gerissen waren (Tabelle 1).
Beispiel 2 bis 9
Wenn Teile in Form von Lagen bei den in Tabelle 1 angegebenen Bedingungen hergestellt und durch den Aufprall eines Pendels ähnlich wie in Beispiel 1 zerrissen wurden, wurden die in Tabelle 1 angegebenen Werte für die absorbierte Energie erhalten. Wenn die Querschnitte der Bruchstellen zudem ähnlich wie in Beispiel 1 mit einem Elektronenmikroskop vom Rastertyp betrachtet wurden, wurde festgestellt, daß die Fasern aus den gesamten Querschnitten herausgezogen worden waren, wodurch bestätigt werden konnte, daß sie durch Dehnen gerissen waren.
Vergleichsbeispiel 1
Wenn Teile in Form von Lagen ähnlich Beispiel 2 hergestellt, außer daß die Dicke bei 2,2 mm festgelegt wurde, und getestet wurden, brachen sie durch Biegen. Dabei betrug der Wert der pro Gewichtseinheit absorbierten Energie 3,8 J/g, was etwa ein Viertel von dem von Beispiel 2 ist. Wenn die Querschnitte der Bruchstellen außerdem ähnlich wie in Beispiel 1 mit einen Elektronenmikroskop vom Rastertyp betrachtet wurden, waren Fasern aus der Hälfte der Querschnitte herausgezogen worden, wodurch bestätigt werden konnte, daß sie durch Dehnen zerrissen waren. Die restliche Hälfte der Querschnitte der Bruchstellen waren jedoch mit Harz bedeckt, und es wurden fast keine Fasern beobachtet, wodurch bestätigt werden konnte, daß sie durch Zusammendrücken gebrochen waren. Somit konnte bestätigt werden, daß die Teile in Form von Lagen insgesamt durch das sogenannte Biegen gebrochen waren.
Vergleichsbeispiel 2
Wenn Stahlrohre anstelle von FRP mit dem Pendelschlagtestgerät getestet wurden, brachen die Rohre durch Biegen. Dabei lag der Wert der pro Gewichtseinheit absorbierten Energie bei 0,4 J/g.
Beispiel 10
Seile mit jeweils einer Dicke von 5 mm wurden durch einen Versuch hergestellt, bei dem Aramidfasern (Kevlar 49) mit 3000 Denier verdrillt wurden. Dann wurden lange Teile mit jeweils einer Länge von 1000 mm hergestellt, indem beide Enden der Seile zu einer Schlaufenform gebogen wurden, die Schlaufenbereiche mit Epoxidharz vom bei Raumtemperatur härtenden Typ imprägniert wurden, beide Enden mit Stahlverbundstücken mit einer Dicke von 1 mm festgeklemmt wurden und das Epoxidharz gehärtet wurde. Wenn jedes lange Teil anschließend auf dem Pendelschlagtestgerät befestigt und ähnlich wie in Beispiel 1 getestet wurden, brach es durch Dehnen. Dabei lag der Wert der pro Gewichtseinheit absorbierten Energie bei 5,5 J/g.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein ganz hervorragendes und herkömmlich nicht erreichbares Stoßenergie absorbierendes Teil erhalten werden, das unabhängig davon, daß es leicht ist, beim Zugmodus leicht reißt und hervorragende Eigenschaften in bezug auf Stoßenergieabsorption hat, wodurch ein Teil für eine Transporteinrichtung erhalten werden kann, das eine hervorragende Stoßfestigkeit hat.

Claims

Stoßenergie absorbierendes Teil, dadurch gekennzeichnet, daß es ein langes Teil (1) aus einem faserverstärktem Harz mit einer Längsrichtung (2) und einer Dickenrichtung (3) umfaßt, wobei das Verhältnis zwischen der Dicke t (mm) des langen Teils (1) und dessen Länge L (mm) im Bereich von 1/11000 bis 6/1000 liegt und auch die Richtung einer äußeren Kraft im wesentlichen mit der Dickenrichtung (3) des Prallteils übereinstimmt und das lange Teil (1) eine endlose Form hat, wobei die pro Gewichtseinheit des Absorptionsteils absorbierte Energiemenge mindestens 3,9 J/g beträgt.
Stoßenergie absorbierendes Teil nach Anspruch 1, wobei das lange Teil (1) in Form einer dünnen Lage ausgebildet ist und dessen Verhältnis t/L 1/11000 bis 3/1000 beträgt.
Stoßenergie absorbierendes Teil nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Stoßenergie absorbierende Teil für eine Transportausrüstung verwendet wird.
Stoßenergie absorbierendes Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Stoßenergie absorbierende Teil ein einen Zusammenstoß dämpfendes Teil vom Installationstyp ist, das für eine Transportausrüstung verwendet wird.
Stoßenergie absorbierendes Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei im wesentlichen der gesamte Querschnitt des langen Teils (1) deformiert wird, indem er bei einem Pendelschlagver suchsverfahren gedehnt wird, das durchgeführt wird, nachdem es einen Stoß erhalten hat.
Stoßenergie absorbierendes Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Dehnung (e) in Längsrichtung des faserverstärkten Harzes im Bereich von 0,3 bis 3,5 % liegt.
Stoßenergie absorbierendes Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Zugfestigkeit der verstärkenden Fasern, die das faserverstärkte Harz bilden, mindestens 1,5 GPa beträgt.
Stoßenergie absorbierendes Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die verstärkenden Fasern, die das faserverstärkte Harz bilden, zumindest Kohlenstoffasern enthalten.
Stoßenergie absorbierendes Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der Anteil der verstärkenden Fasern, die in Längsrichtung des langen Teils (1) angeordnet sind, von allen im faserverstärkten Harz enthaltenen Fasern mindestens 80 % beträgt.
Stoßenergie absorbierendes Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das das lange Teil (1) und ein Trägerteil (5) des langen Teils umfaßt, wobei das Trägerteil (5) entsprechend der Deformation des Energie absorbierenden Teils drehbar ist, wenn das lange Teil (1) einen Stoß erhalten hat.
Stoßenergie absorbierendes Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das lange Teil (1) eine Seilform oder eine Drahtform hat.
Stoßenergie absorbierendes Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die vom langen Teil absorbierte Energiemenge mindestens 5 J/cm³ beträgt.
Stoßenergie absorbierendes Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei das Harz des faserverstärkten Harzes ein thermoplastisches Harz umfaßt.
Stoßenergie absorbierendes Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das lange Teil (1) teilweise verstärkt ist.
Stoßenergie absorbierendes Teil nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei das faserverstärkte Harz nach einem Verfahren zum Aufwickeln von Filamenten oder einem Zug/Aufwickel-Verfahren erzeugt wird.