冲击吸收结构的制作方法

专利名称：冲击吸收结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及吸收冲击时能量的结构，其中包括使用和制造方法。
背景技术：
为了吸收冲击过程的能量，使用了许多材料和结构。这些材料和结构从织物和泡沫至塑料。尽管有这些材料和结构，还需要制造成本低廉的改善能量吸收特性的结构。
最近的材料包括带有从片材的一侧做出多个圆锥形突起部分的片材。例如，美国专利6247745号公开了一种基座，它带有多个在该基座上形成的突出部分，该突出部分的壁至少部分地在能量吸收过程中压缩。虽然在许多应用场合适用，但如果可减少制造这些材料步骤数目，则可以节约这些结构的制造成本。具体地说，这些现有技术的产品要求包括形成基座，然后在基座内形成突起部分的生产过程。另外，用于制造已知材料的制造方法使能量吸收器不一致。例如，根据测量的壁位置的不同，突起的壁厚可能会变化。还有，一个突起部分的壁厚与相邻的突起部分的壁厚相比会有变化。这种不均匀性导致能量吸收器吸收冲击能量的能力不一致。这造成能量吸收器有效性的不确定性。
在车辆制造中，由于材料的重量时常是关心的问题，因此，相对于现存结构具有可以比较的或改善能力以吸收能量同时成本低廉可以协调地制造重量轻的结构是持续的需求。

发明内容
本发明包括一个制造物体，它带有与多个皱折结合的一个层，以形成能量吸收器。该物体为挤出成形，并且每一个皱折具有一个底面和将该底面与该层连接的至少两个壁，并且每一个皱折的长度比该皱折的最宽的宽度长。本发明还包括带有一个多层能量吸收器的能量吸收器，该多层能量吸收器具有一个带有多个表面部分的层和至少一个带有多个表面部分的附加层，其中至少一个层的表面部分套装在另一个层的表面部分内，使得至少两个层互相邻近。本发明还包括制造该能量吸收器结构的方法，该方法包括用一个步骤挤出能量吸收器，并用至少一个步骤来形成两层的结构。另外，本发明包括吸收冲击能量的方法，该方法包括在至少一对层上的表面部分之间形成摩擦。


在图中 图1A-B示出了带有皱折的能量吸收器的透视图和放大(close up)的横截面图。
图2A～F表示多个适合的皱折形状的横截面图。
图3A～B表示带有多个突出部分的能量吸收器的透视图和横截面图。
图4A～E表示多个多层能量吸收器的横截面图。
图5A～B表示一个原始(raw)的铰接的能量吸收器和一个完成的铰接的多层能量吸收器的横截面图。
具体实施例方式本发明涉及增强结构，特别是车辆结构的一种改进的和可选择的方法。本发明是在发现新结构的基础上开发的，该新结构可选择地可用一个步骤形成，该结构具有诸如皱折或突出部分形式的表面部分，至少两层材料，该两层材料中一个层的表面部分套装在至少另一个层的表面部分内，在一个实施例中两层材料使用摩擦帮助吸收能量。制造和使用这些材料的方法也是本发明的一部分。
该能量吸收器可用一个步骤形成，它包括一个层，该层带有多个各种表面部分和特别是从皱折与突出部分中选择的部分中的任何一个，可选择地，这些表面部分可与该层整体地形成，并适用于形成能量吸收特性增加的层。
在第一个实施例中，如图1所示，所示的能量吸收器10可以包括形成多个皱折14的基座部分12，使该能量吸收器10具有重复的结构，该皱折14在结构的长度上可以为连续的或不连续的，可以具有同样或不同波长的重复单元、具有同样或不同波型的重复单元或其组合。
例如，如图1所示，每一个皱折14具有一个底面16和使底面16与基座部分12连接的两个壁18。该底面和壁可为直线、曲线、它们的组合或其他形状。该皱折具有至少一个长度尺寸L和至少一个深度尺寸D，该至少一个长度尺寸L是从该皱折的一端至另一端测量的距离，该至少一个深度尺寸D是从基座部分12至底面16测量的距离。至少一个基座宽度尺寸W1是在壁与基座部分相交处的两个壁之间测量的距离。这里所用的底面宽度W2为底面尺寸的量度。当在横截面中看时，波长包括例如从一个表面部分上的位置至相邻的表面部分上的相同位置的距离。
通常，该皱折的长度比任何一个宽度长，以形成沟或槽。通常，该皱折没有封闭的末端，但也可以有这种末端。基座部分、壁和/或底面的厚度可以沿着该结构的横截面改变，并可以选择使该皱折的能量吸收最大，每一个皱折可以在该层上单独地或组合地改变。例如，较厚的壁吸收的能量可以比较薄的壁多。另外，底面的厚度在该结构的横截面上可以增加，以使吸收能量增加。作为一个例子，壁厚可以为大约5mm至大约40mm。优选，该结构的基座部分、壁和/或底面的厚度沿着该结构的长度基本上固定不变。
通常，该皱折互相平行，但也可适用于有其他的结构，例如，从中心位置或从多个位置辐射的皱折。另外，如下所述，因为制造容易和成本合理性，与能量吸收器的最长尺寸平行的平行皱折是较好的，但不是必需的。另一种方法是，该皱折的方向设计成对于装置或车辆(例如白车身)的支承结构为横向或纵向的。
虽然不是必需的，每一个皱折的形状可以在能量吸收器上固定不变，其形状通常由D、W1和W2互相的关系确定。对于底面和壁为直线形和底面粗略地与基座部分平行的皱折，每一个皱折具有由基座和底面宽度互相的比例确定的角度或斜度。所示的一种情况是基座宽度W1和底面宽度W2相同。这使该能量吸收器的横截面外形为方波形状。在基座宽度W1比底面宽度W2宽的情况下，斜度为正的，并且在相反情况下斜度为负的。优选，该斜度在大约-45°～+45°之间。
还可以利用使用曲线形底面、壁和基座部分的其他皱折形状，例如使该能量吸收器为正弦波形或其他波纹或起伏波形的皱折。其他适当的曲线形状包括一个皱折的壁与相邻的皱折的壁接触或连接的或环圈的两个壁互相接触或者连接的封闭环圈。开放环圈的相邻皱折的壁和皱折的壁分开。每一个相邻的壁面接触/连接或者两个皱折的壁接触/连接的部分开放环圈也可以适用。开放的、部分开放的和封闭的环圈皱折的组合也适用。
能量吸收器的示例性横截面分别表示在图1A-B和2A-E中，皱折的图形可以为方波形(W1＝W2)(图1A～1B)、正斜度(W1＞W2)(图2A)、负斜度(W1＜W2)(图2B)、正弦波形(图2C)、开放环圈形状(图2D)或封闭环圈形状(图2E)。虽然示出了波形固定不变的形状，但皱折可具有皱折尺寸和形状改变的波形。例如，图形可以包括不同高度、宽度、斜度的皱折交替或其组合；一系列高度、宽度、斜度增加和/或减小的皱折或其组合；一系列开放环圈和封闭环圈交替，诸如负斜度皱折与正斜度皱折交替的形状混合，它们的组合等。不同于方波形的皱折图形是较好的，因为这些图形可使对与能量吸收器的平面非垂直冲击的吸收增加。例如，与带有正斜度的皱折相比，冲击的角度可能会比方波形更接近与壁平行。如图2A所示，箭头A表示在正斜度皱折中基本上与壁20平行的冲击角度。
可以将皱折的尺寸和形状做成提供至少一个基本上光滑、平坦或平面形的表面。这样作是为了审美的理由或改善能量吸收器的功能，例如，提高该结构的能量吸收特性或提供车辆的其他零件(例如装饰盖)可以连接在上面的表面。从图2B可看出，由于具有基本上光滑、平坦或为平面的两个表面，因此使能量吸收器的安装容易，因为对于连接在车辆或装饰盖上两个表面功能相同，因此可以不管方向进行安装。
能量吸收器还可包括一个或多个固定装置，例如法兰、支架、紧固件、突出部分或其他可帮助将能量吸收器固定在车辆的白车身上或车辆的另一个零件(例如车顶、车厢顶篷内衬、活动车顶、车身面板、底板或仪表板)上。固定装置可以包括与分开的零件组合的能量吸收器整体形成的结构。另外，一个或多个固定装置可以放置在皱折之间或作为皱折的一部分，例如，皱折的第一区域可以与皱折的第二区域用一个固定该能量吸收器用的光滑的、平坦的或平面的部分隔开。另外，螺钉、在另一个紧固件上的紧压配合的紧固件可以放在壁和皱折的底面上的基座上的一个或多个。
另外，可以使用粘接剂帮助固定能量吸收器。粘接剂可以为任何适当的预期用途的粘接剂。可以为水基粘接剂、溶剂基粘挤剂或其他。可以为单一组分的粘接剂或多种组分的粘接剂(例如双组分的粘接剂)。多种组分的粘接剂可以同时或依次地使用这些组分。粘接剂可以为空气固化、水分固化、热固化、辐射固化(例如远红外线(IR)或紫外线(UV))、高频固化、溶剂丧失固化或其他方式固化。粘接剂可为熔融可流动的、液体、薄膜、粉末、凝胶或其他形式。粘接剂可以为压力敏感的、RTV(室温硫化的)粘接剂、热熔融粘接剂。在一些应用中，粘接剂可以为结构粘接剂。应当理解，这里使用术语“粘接剂”不是从本发明范围中排除底漆或其他粘合剂。
在另一个实施例中，粘接剂可分为按需要固化的粘接剂，它需要一个单独的操作使该粘接剂开始固化。在一个实施例中，这可通过使用在装配过程中破裂的封装固化剂而达到。在另一个实施例中，这可以通过除去保护涂层，使粘接剂暴露在周围环境中而达到。固化可通过将粘接剂暴露在热、红外或紫外光源、剪切力等中而开始。另外，粘接剂可以由有机硼烷胺合成物开始，例如在美国专利20020058764号中所述的合成物，这里引入该专利以供参考。当然，还是能够使用没有按需要固化能力的粘接剂。
可以使用从任何适当的粘接剂族中选择的一种粘接剂，例如聚酯、聚酰胺、聚氨酯、聚烯烃、环氧树脂、乙烯乙烯基乙酸酯、尿烷、丙烯酸、硅烷、硫醚、氟硅酮、氟化碳和它们的组合等。粘接剂可以为高温环氧树脂、聚酰亚胺、混合的聚酰亚胺/环氧树脂粘接剂、环氧树脂线性酚醛清漆/腈橡胶粘接剂、聚硫醚环氧树脂及其组合等。
本发明的能量吸收器可以不是相对于冲击的预期方向安装。通常，材料安装成使表面部分的底面邻近车辆零件，该车辆零件用与车辆零件隔开的基座部分垫衬(pad)。但也可以使用相反安装，即基座部分邻近车辆零件放置。另外，能量吸收器还可以不考虑冲击的预期角度安装。优选，能量吸收器安装成使冲击的预期角度与能量吸收器的平面垂直，但这不是必需的。事实上，能量吸收器可以安装成使冲击的预期角度与能量吸收器成一角度，该角度在与能量吸收器垂直和平行之间。实际上，冲击的预期角度经常不能预测。除了在制造车辆时安装以外，能量吸收器可以在销售后安装，例如作为重新制造或修理车辆工作的一部分时安装。在车辆的使用寿命结束，本发明也考虑去除和回收该结构的步骤。
除了上述的皱折以外，在下述多层能量吸收器中也可以使用突出部分形式的表面部分。如同多个凹部一样，从图3A-3B可看出，每一个凹部100有一个底面102和至少两个(在横截面看时)连接底面102和基座部分106的壁104。当在横截面看时，该底面和壁可为直线、曲线或它们的组合。如同皱折一样，突出部分具有长度L和深度D，该长度L横跨突出部分测量的距离，该深度D是从基座部分106至底面102测量的距离。基座宽度W1为壁与基座部分相交处的两个壁之间的距离的量度。底面宽度W2为底面尺寸的量度。除了突出部分通常在它们形成的单独空间是独立的以外，该突出部分与皱折相同。形成的能量吸收器像一个杯形蛋糕的盘一样的结构或蛋托盘一样的结构。
除了皱折可能有的尺寸变化以外，作为可以形成形状的另一个方面，显然突出部分也可以为底面形状。例如，当从上面看时，如图3A所示，显然突出部分的底面形状可为圆形、椭圆形、矩形、其他规则的多角形、不规则的多角形或其他规则或不规则。希望的底面形状是能够提供增大表面积的突出部分的壁，例如星或X形。另外，突出部分的底面形状不需要与和基座部分相交的突出部分的形状相同，或者底面可以与和基座部分相交的突出部分的形状相比是相反的(rotated)。优选，突出部分的长度与其宽度相同。可以选择基座部分、壁和/或底面的厚度，使突出部分吸收能量最大。
突出部分可在基座部分上排列成任何图形。例如，突出部分在能量吸收器上的深度、底面形状、底面厚度、壁厚度、基座部分厚度可以变化。另外，在三角形、矩形、五角形、六角形或更高阶的规则或不规则的多角形的角落处，突出部分可以排列成排、同心圆或椭圆。
虽然，层适用于为能量吸收器提供多个平面，但该层通常优选提供一个平面的能量吸收器。另外，例如，该层可以为例如对于皱折或突出部分所述的规则或不规则形状，这样形成在皱折上的皱折或在突出部分上的突出部分。另外，一个尺寸的皱折可以散布在另一尺寸的皱折之间。同样，例如，深度变化的突出部分可以互相散布。另外，皱折可以与在任何层上的突出部分组合。
能量吸收器还可包括一个基板层，该基板层利用粘接剂、机械紧固件或焊接与一个层连接。该基板层通常没有表面部分并用于增加该层的尺寸强度或有其他目的，例如改善能量吸收器的美学特点。通过放置基板与该层接触，还可以使用基板来增加能量的摩擦消耗，如下所述那样。
本发明的能量吸收器可由任何适当的材料制成，例如金属、陶瓷等，但优选由诸如热塑性塑料、热固性塑料和其组合等塑料制成。所得到的材料可以为似橡胶的、挠性的或刚性的。可包括在能量吸收器中的所选材料性质可以制造带有所希望性质的结构。例如，同聚物，例如聚丙烯(pp)或聚苯乙烯(ps)可以用于刚性(例如“玻璃状的”)的能量吸收器，而冲击可以改变热塑性聚烯烃(TPO)或者高冲击的聚苯乙烯(HI-PS)可以用于延展(例如“似橡胶的”)性能。适当材料的另一些例子包括尼龙、聚碳酸酯、聚丙烯、聚酯、聚氨酯和它们组合等。上述的或其他聚合物的共聚物也可以适用。能量吸收器可由一层材料(例如整体的)或多层(例如共挤压或层压)材料构成。可以包括纤维增强件(例如玻璃或碳纤维)或者该材料可用矿物或玻璃填充料充填。
利用包括挤压、推压(pultrusion)、注塑模制、吹模法、压力模制、热成型或它们的组合的任何通常的技术制造能量吸收器。直线轮廓(例如皱折)的能量吸收器是较好的，因为带有这些表面部分时，通过挤压或相似的方法制造能量吸收器时其长度基本上不受限制。这使得先前需要两个步骤的方法现只用一个步骤的制造过程即可完成，这样可节约制造成本。
利用挤压和相似的技术制造能量吸收器较好，因为其使得在能量吸收器的长度上，基座、壁和/或底面的厚度基本上固定不变。不论测试能量吸收器上的哪个位置，这种能量吸收器可以一致地吸收能量。另外，这种厚度的一致性可通过使用挤压和相似的方法很容易再现，这表示能量吸收器的给定长度可以与能量吸收器的任何其他长度没有区别。这种水平的一致性可降低制造成本，因为废料的消耗少，质量控制的消耗就少和生产监督的消耗也少。
除了上述的好处外，挤压和相似的技术还可以形成通过热成型或模制方法不能形成的能量吸收器。特别是，带有具有负斜度、开放环圈和/或封闭环圈结构的皱折的能量吸收器不适于用热形成或模制，因为不产生足够大的变形并由此损坏能量吸收器就不能从模型中取出这种形状。
在制造优选的能量吸收器的一个例子中，无限制长度的材料可以通过模具推或拉(两种技术在这里都称为挤压)形成该结构。在固化和切成一定长度后，能量吸收器准备好可以安装。利用注塑模制、吹模法、片材模制或其他方法可以在一个步骤过程中生产带有皱折的能量吸收器。
带有突出部分的能量吸收器也可从一个步骤的生产过程中获益。例如，能量吸收器可以在一个步骤中被注塑、吹塑或压缩模制。
本发明的第两个实施包括多层的能量吸收器。如图4所示，每一个多层能量吸收器200包括至少两个层202和204，每一个层带有表面部分206和208，其中一个层的表面部分套装在另一个层的表面部分内。在一个方面中，该多层能量吸收器具有不同结构，第一个表面部分在至少是一个结构方面，例如形状、深度、基座宽度、底面宽度、平均宽度、壁厚、底面厚度、基座厚度或其组合等与第二表面部分不同。在第二方面，该多层能量吸收器有不同的组成，其中第一个表面部分的材料与第二表面部分的材料不同。在第三方面中，该多层能量吸收器利用摩擦消耗冲击能量。
在图4A可看到带有不同结构的该多层吸收器的第一方面的横截面。第一层202具有带有壁208的第一皱折206，并且第二层204具有带有壁210的第二皱折208。可以看出，第二皱折208套装在第一皱折206内，套装的皱折的深度尺寸互相不同，这样，形成不同的结构和在两个层的底面214和216之间的空间212。换句话说，尽管层202和204基本上保持互相邻近，但底面214和216互相偏移。理论上，通常，材料的压碎阻力与其深度的平方成反比(假设壁厚固定不变)，这表示较高的表面部分首先被压皱，然后是较短的表面部分被压皱，这样形成这个实施例的两步骤能量吸收部分。空间212优选用周围空气填充；然而也可以用其他材料，例如泡沫、粘接剂或其他能量吸收器填充。优选，虽然不是必需的，壁210和208互相接触。例如，如下所述，壁可用粘接剂或提高一个或两个壁的摩擦系数的材料隔开。
在另一方面中，壁厚可以从一个层至另一个层变化。理论上，通常压碎阻力与壁厚成比例，这表示较厚壁的表面部分在较薄的壁的表面部分后(或以较高的负荷)被压皱。这是形成两步骤能量吸收部分的另一种方法。
在图4B的横截面中表示了带有不同材料的多层吸收器的第二方面。在这里，第一层220包括第二层246的皱折224套装在其中的皱折242(或突出部分)，第一皱折的材料和第二皱折的材料不同。在这个实施例中，将皱折的尺寸和形状制成在两个皱折的底面228和230之间没有明显的空间。皱折在材料的成分和其冲击强度方面是不同的。在一个优选方面中，第一层的冲击强度比第二层低。在一个优选实施例中，皱折的不同材料可与具有不同结构(例如不同壁厚)的表面部分组合。
图4C中表示多层吸收器的多个方面的组合。带有皱折242的第一层240具有套装在其中的第二层246皱折244。由于在皱折的底面之间的空间248的关系，皱折的深度不同。基座层、壁和底面的厚度也互相不同。例如，基座层的厚度比例范围从小于大约1∶4至大于4∶1。另外，每一个层使用不同的材料。这个具体的实施例表示在多层吸收器中使用两个不同的结构和不同的材料。
多层能量吸收器的第三方面利用形成的热能，以便例如用摩擦来消耗冲击能量。摩擦可由层的表面部分互相接触引起。通常，在冲击过程中，表面部分的壁会在一起摩擦。这种摩擦形成由多层吸收器吸收能量的量的有差别以及可看出的改善。例如，在套装的表面部分之间放置摩擦破坏的物质，例如润滑剂，可降低多层吸收器的能量吸收特性。
希望摩擦系数大的任何材料作为表面部分或层的材料。这种摩擦系数大的材料的摩擦系数可以为自身具有的，或由制造过程和/或后制造处理产生的。另外，大的摩擦系数可由有意地在表面部分上形成突出部分、凹坑、微米或纳米级的纹理或其他特点形成。与表面部分比较，该有意形成的部分通常较小。另外，通过使用涂层或其他表面处理，例如磨料，可以增大表面部分的摩擦系数。
在利用摩擦的一个实施例中，如上所述，表面部分的深度可以不同，使得底面互相偏移，同时层保持互相邻近(见图4A)。在另一个实施例中，尽管表面部分的深度大约相同，但是底面互相偏移。在这个实施例中，层也互相隔开。例如，在图4D中，带有皱折252的第一层250具有套装在其内的第二层256的皱折254。由于皱折的底面之间的空间258，使皱折深度不同。另外，在第一和第二层之间有一个空间260。在一个优选实施例，这些层之间的距离比这些底面之间的距离大。在这个实施例中，皱折的壁之间的摩擦量增加，这样可增加被能量吸收器消耗的冲击能量的量。当表面部分为突出部分且材料由热成型方法制成时，这个实施例可能是值得注意的。利用这制造工艺，突出部分具有稍微的蘑菇形状到中等的蘑菇形状，可防止一个层的突出部分会完全套装在另一个层的突出部分内。
在另一个实施例中，正斜度的表面部分与方波形表面部分组合。从图4E可看出，带有方波形皱折264的第一层262具有套装在其内的第二层268正斜度皱折266。在壁与基座和底面相交之间的某个地方，方波形皱折264的角落270与正斜度皱折266的壁272接触。在这个实施例中，冲击迫使正斜度的皱折266进入较小的方波形皱折264中，这样可通过摩擦帮助消耗能量。在一个优选实施例中，据信如果角落270在较靠近底面处与壁272接触，则通过摩擦或另一机构会消耗更多的能量。可以调节皱折的深度以保证在冲击过程中，在两个层的基座互相接触之前、之后或接触时，该两个层的底面互相接触。
在另一个实施例中，正斜度表面部分与负斜度表面部分组合。如图5B所示，带有负斜度皱折276的第一层274具有套装在其中的第二层280正斜度波纹278。
两个层的能量吸收器和一个层的能量吸收器之间的一个区别为，不论该表面部分为凹部或皱折，吸收与能量吸收器的平面垂直的冲击的能力增加了。例如，通过将图2A的一个层的能量吸收器与图5B的两个层能量吸收器的比较显示，对于箭头A所示的给定的冲击角度，两个层的能量吸收器比一个层的能量吸收器具有二倍那么多的基本上与冲击方向平行的壁282，这可吸收更多非垂直冲击。这是有利的，是因为在现实世界的应用中，冲击角度很少与能量吸收器的平面垂直。另外，一些头部(head)冲击的情况是由移动和转动能量消耗的组合产生的，希望在每一个潜在模式中吸收冲击。这样，与一个层的能量吸收器比较，两个层的能量吸收器可在宽得多的潜在冲击方向范围内形成热塑性壁的柱形压皱。
在两个不同的两个层的能量吸收器之间，据信将基本上互相平行的壁分开是有利的。据信壁隔开的能量吸收器比壁互相邻近的能量吸收器在能量吸收器给定的区域上可以更一致地吸收冲击能量。在图5B中可看出，例如能量吸收器的壁282互相平行，但互相隔开。另一方面，如图4D所示，能量吸收器的壁284互相平行但邻近。
因此，在图5B所示的实施例中，与壁284装配在一起的图4D的实施例比较，壁282在能量吸收器的区域可以更均匀地散开。
在两个层的能量吸收器中，通常每一个层表面部分具有一条公共的中心线，但这不是必需的。表面部分的中心线可以偏移。
优选实施例包括与起皱折或弹性变形结合的摩擦作为能量吸收机构。如何利用摩擦吸收能量一个例子为可将最上层设计成以比下层较低的应力起皱折。当起皱折时，最上层可以在下层的壁上摩擦或者用其他方法在下层的壁上产生应力。下层也可设计成从预先确定的应力下起皱折。
多层吸收器可根据上述的制造技术或其他已知技术制造。优选的技术包括在一个步骤中(或一台机械)，例如共同挤压或共同摸制形成两个层。图5中表示多层吸收器的另一个单步骤的制造技术。例如，吸收器的第一部分290利用铰链294与吸收器的第二部分292隔开。如图5A中的箭头B所示，铰链294可允许第一部分290折叠在第二部分292上，形成图5B所示的多层能量吸收器。如同其他多层吸收器一样，一组表面部分套装在第二组表面上。该铰链可以为允许能量吸收器的一部分相对于另一部分运动的任何的装置、零件或材料。该铰链优选是与表面部分在同一过程中形成，使得该铰链与能量吸收器成一个整体。例如，该铰链可以为一个低谷、槽、其他的凹坑、减薄或使能量吸收器的材料在该位置具有挠性的其他结构。其他的铰链也可适用，例如以后形成的低谷或能量吸收器材料的减薄。同样，能量吸收器的两个部分可以被制造，然后通过铰链连接。
其他适合的制造技术包括在一个步骤(或其本身的机械上)制造每一个层，然后将这些层组合，形成多层吸收器。每一个层也可以用多步骤的过程制造。
多层吸收器的材料可以从上述对单层能量吸收器所述的材料中选择。另外，可以包括其他零件，以增加多层吸收器的能量吸收，例如棉胎、泡沫、粘接剂和它们的组合。
多层能量吸收器的层可通过机械紧固件、粘接剂、焊接或摩擦互相连接。适当的粘接剂包括上述粘接剂。焊接可通过使用热(例如点焊)或通过使用其他电磁能(例如超声波焊接)完成。
本发明还包括在冲击过程中吸收能量的方法。例如，能量可通过形成带有皱折的能量吸收结构和在车辆事故过程中由物体冲击材料来吸收。另外，能量可通过形成两个层的能量吸收结构和通过摩擦消耗冲击能量来吸收。消耗冲击能量可通过依次地或同时地使用至少两个不同的结构或材料来完成。
本发明的材料可以在任何形式的装置、设备或需要冲击能量吸收特性的结构中使用。优选的使用包括在运输车辆中的使用，例如，固定和旋转翼的飞机、宇宙飞船、公共汽车、火车、地铁、双排座卡车、小型轻便长车、SUV和其他旅客车辆。这些车辆内，能量吸收结构优选用在车厢顶篷内衬、门、保险杠、膝垫、座位、座位背、底板、仪表板和其组合等上。
例子 使用计算机辅助工程(CAE)来预测与已知材料比较的本发明材料的特性。首先，将带有不同深度的表面部分(例如图4D所示)的两个层的能量吸收器与已知泡沫能量吸收器STRANDFOAMEA1000比较。结果表示在表1中，表中HIC为“头部损伤判据”，HIC(d)为加速时间历程和峰值加速度值的函数，HIC(d)norm为厚度的规格化值。
表1
这样，将24mm PS片加力压入19mm PE片中构成的双层锥形结构分别比Strandfoam EA 1000的HIC(d)值高大约8％。另外，数据还表明将较弱(例如较高的)片加力压入较刚性(例如较短)的片中，在相同重量下，可改善规格化的冲击性能大约25％。
在另一系列实施测试中，利用CAE研究摩擦的作用。对有5mm偏移距离的双层锥形结构的实施测试的结果如下(利用如图3所示的结构)
表2
这样，数据表明由5mm偏移提供的摩擦消耗，相对于用润滑剂的同样的样件，可改善头部冲击保护大约10％。
本发明的单层的皱折部分使用简单但能量吸收仍有效的几何特点，该特点用低成本的材料和工艺制造，可以与当前技术的能量吸收性能匹配或改善该性能。本发明的双层部分有效地利用双重的起皱折和摩擦消耗能量吸收机构，可比单层的当前方案可产生改善的功效。
在其他的计算机辅助工程仿真中，将20mm厚的皱折和圆锥形热塑性结构冲击115mm长和平均BIWHIC(d)值大约为1500的实验的两件白车体(BIW)组件。每一个结构使用聚丙烯冲击共聚物热塑性树脂(INSPIRE C702-20)来模制。每一个仿真的假想的皱折结构粘结在模拟车厢顶篷内衬基板0.75mm厚的板上。数据表明，对于负和正斜度的皱折部分设计分别有大约14％和17％的冲击指标改善。这些比较中的每一个都基于单层的真空热成型的锥形结构上。
在真空热成型制造过程中通常都有基座层或表面部分壁减薄的作用。为了定量分析这种作用，在单层的真空热成型的锥形结构的各种位置进行测量。该锥形结构深度大约为24mm。在真空热成型过程中，壁厚可从基座片厚度变化40～50％。这样，为了达到用1.0mm均匀的壁模制的计算机辅助作业，单层的锥形真空热成型产品需要1.6mm厚的基座片材。起皱折的和真空热成型的锥形能量吸收零件的零件重量的比较表明，对于可比较冲击性能，单层的有皱折的能量吸收结构需比单层真空热成型锥形零件仅增加0.0065Kg的质量。
对斜度角度变化的正斜度皱折的能量吸收结构进行另外的CAE仿真。每一个结构用0.75mm的基座厚度和1.75mm壁厚做出模型，总厚度保持20mm固定不变。得出的数据表明，在正斜度角度为大约0°～10°时可得到最优的性能。
最后，对皱折数变化(3＜N＜6)的正斜度皱折结构进行一系列的CAE仿真。每一个结构用0.75mm的基座厚度，1.75mm的壁厚和9.2°的斜度做出模型。每一个仿真用115mm长和100mm的零件宽度进行。当皱折数增加时，皱折的基座宽度(11.5mm＜W＜4.7mm)减小。正斜角皱折部分设计的冲击性能作为皱折数的函数测量。数据显示，当皱折数增加时，片材厚度减小。因此，在给定的零件设计中，增加皱折数，可减小零件重量。
可进一步理解，多个零件或步骤的功能或结构可以组合为一个零件或步骤，或者一个步骤或零件功能或结构可以分成多个步骤或零件，本发明考虑了所有这些组合。除非另有说明，这里所述的各种结构尺寸和几何形状不是限制本发明，其他的尺寸或几何形状也是可以的。利用一个整体的结构或步骤可以提供多个结构零件或步骤。可选择地，一个整体结构或步骤可以分成分开的多个零件或步骤。另外，虽然只用所述实施例中的一个说明了本发明的特点，但对于任何的给定应用，这种特点可与其他实施例的一个或多个其他特点结合。还应当理解，这些制造独特的结构的制造及其操作也可构成根据本发明的方法。
这里所述的说明和图示的内容是要使本领域的其他技术人员熟悉其原理实际应用。本领域技术人员可用许多形式适用于和应用本发明，以便优选地适应具体使用的要求。因此，上述的本发明的具体实施不是要限制本发明。所以，本发明的范围不是由上述说明确定，而是由所附的权利要求书以及权利要求所覆盖等同全部范围所确定。包括专利申请和出版物的所有文章和参考文献的公开在此结合以供参考。
权利要求
1.一种制造物品，包括能量吸收器，该能量吸收器包括挤出的塑料第一层，该塑料第一层具有由铰链与多个第二皱折隔开的多个第一皱折，其中所述皱折的长度比其最宽横截面的宽度长。
2.根据权利要求1所述的物品，其中在铰链起作用后，所述多个第一皱折中的单个皱折套装在多个第二皱折中的单个皱折内。
3.根据权利要求2所述的物品，其中至少在结构或组分的一个方面，所述多个第一和第二皱折互相不相同。
4.根据权利要求3所述的物品，其中所述至少一个结构方面是从高度、基座宽度、底面宽度、平均宽度、横截面形状、基座层厚度、壁厚、底面厚度或其组合中选择的。
5.根据权利要求4所述的物品，其中横截面形状是从方波形、正斜度、负斜度、正弦波形、开放环圈形、封闭环圈形或其组合中选择的。
6.根据权利要求5所述的物品，其中不同的结构特性造成在冲击过程中摩擦能量消耗。
7.根据权利要求6所述的物品，其中所述不同的结构特性为深度。
8.根据权利要求4所述的物品，其中所述第一和第二皱折的组分不同。
9.一种制造物品，包括能量吸收器，该能量吸收器包括具有多个第一皱折的挤出的塑料第一层和具有多个第二皱折的第二层，其中多个第一皱折中的单个皱折套装在多个第二皱折中的单个皱折内。
10.根据权利要求9所述的物品，其中所述第二层为挤出的塑料第二层。
11.根据权利要求10所述的物品，其中所述第一和第二层至少在结构或组分的一个方面相互不同。
12.根据权利要求11所述的物品，其中所述至少一个结构方面是从高度、基座宽度、底面宽度、平均宽度、横截面形状、基座层厚度、壁厚、底面厚度或其组合中选择的。
13.根据权利要求12所述的物品，其中横截面形状是从方波形、正斜度、负斜度、正弦波形、开放环圈形、封闭环圈形或其组合中选择的。
14.根据权利要求12所述的物品，其中不同的结构特性造成在冲击过程中摩擦能量消耗。
15.根据权利要求14所述的物品，其中不同的结构特性为深度。
16.根据权利要求11所述的物品，其中所述第一和第二层组分不同。
17.一种能量吸收结构，包括能量吸收器，该能量吸收器包括具有多个第一表面部分的第一塑料层和具有多个第二表面部分的第二塑料层，其中一个层的表面部分套装在另一个层的表面部分内，并且所述第一和第二层至少在结构或组分的一个方面互不相同。
18.根据权利要求17所述的物品，其中所述至少一个结构方面是从高度、基座宽度、底面宽度、平均宽度、横截面形状、基座层厚度、壁厚、底面厚度或其组合中选择的。
19.根据权利要求书18所述的物品，其中横截面形状是从方波形、正斜度、负斜度、正弦波形、开放环圈形、封闭环圈形或其组合中选择的。
20.根据权利要求18所述的物品，其中不同的结构特性造成在冲击过程中摩擦能量消耗。
21.根据权利要求20所述的物品，其中所述不同结构特性为深度。
22.根据权利要求17所述的物品，其中所述第一和第二层组分不同。
23.一种能量吸收器制造方法，包括将多个第一表面部分的单个表面部分套装在多个第二表面部分的单个表面部分中，其中所述第一和第二层在结构或组分至少一个方面互不相同。
24.根据权利要求23所述的方法，其中它还包括挤出包括多个第一表面部分的第一层。
25.根据权利要求24所述的方法，其中它还包括挤出包括多个第二表面部分的第二层。
26.根据权利要求23所述的方法，其中它还包括挤出包括所述多个第一和第二表面部分的第一层。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述套装步骤包括使将所述多个第一和第二表面部分隔开的铰链致动的步骤。
28.一种制造能量吸收器的方法，包括挤出包括多个第一和第二表面部分的第一层，其中所述多个第一和第二表面部分被铰链隔开。
29.根据权利要求28所述的方法，其中它还包括将多个第一表面部分中的单个表面部分套装在多个第二表面部分中的单个表面部分中。
30.根据权利要求29所述的方法，其中形成至少在结构或组分的一个方面不同的多个第一和第二表面部分。
全文摘要
本发明包括一个制造物品，它具有一个带有多个皱折的层，以形成能量吸收器结构，每一个皱折具有一个底面和两个将所述底面与基座层连接的壁，每一个皱折的长度比所述皱折的最宽的宽度长。本发明还包括带有多层能量吸收器的能量吸收结构，所述吸收器具有一个带有多个表面部分的层和带有多个第二表面部分的第二层，其中一个层的表面部分套装在另一个层的表面部分内，使得基座层互相邻近。本发明还包括一个步骤的制造能量的吸收器的方法，所述方法包括在一个步骤中形成两个层的材料。另外，本发明包括吸收冲击能量方法，所述方法包括通过在一对基座层上的表面部分之间的摩擦产生热。
文档编号F16F7/00GK1942345SQ200580007821
公开日2007年4月4日 申请日期2005年3月10日 优先权日2004年3月12日
发明者M·J·毛雷尔, E·托克利诺, G·D·沃格尔, L·P·卡塔卡, P·S·谢姆比卡, S·韦卢萨迈 申请人:陶氏环球技术公司