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Entwicklung von Crashelementen 
 
Aus der Verpackungsindustrie ist das Verfahren der Polsterkurven bekannt, welches eine
einfache Dimensionierung der Verpackungspolster je nach Anforderung
(Fallhöhe, Fallgewicht, maximal zulässige Beschleunigung = Stoßfaktor) zulässt. Dieses
Verfahren ist beispielsweise für verschiedene Polystyrol-Schaumstoffe in der DIN 55471 standardisiert.
Die Abbildung 1 entstammt dieser DIN und enthält ein derartiges Polsterdiagramm.
 
Abbildung 1: Polsterdiagramm für Schaumstoff EPS 20 aus DIN 55471
Der Schutz schwerer Technik (Fallschirmabsetzsysteme, Puffer im Schienenverkehrswesen, Crashelemente im Automobilbau, Schiffbau, Explosionsschutz u. a.) gegen eine unzulässig hohe Beschleunigung ist vom fachlichen Standpunkt aus gesehen identisch der Polsterungsproblematik in der Verpackungsindustrie. Allerdings sind hier wegen der besonderen Anforderungen (hohe Lasten zwischen 400 kg und 20.000 kg; hohe Variabilität der Fallgeschwindigkeit) geeignete Werkstoffe mit ausreichendem Energieabsorptionsvermögen zu suchen und einzusetzen.

Das Spannungs-Stauchungsdiagramm aus dem Druckversuch gibt Auskunft nicht nur über das Kompressionsvermögen eines Werkstoffes, sondern auch über die hierfür erforderliche Energie (Kraft mal Weg). Somit enthält es alle erforderlichen Daten zur Auslegung von Crashelementen. Die Abbildung 2 zeigt das Spannungs-Stauchungs-Diagramm für unterschiedliche Werkstoffe mit sehr unterschiedlichem Energieabsorptionsvermögen:

Beeboards aus Pappe
Honeycomb aus Aluminiumfolie
Schmelzmetallurgisch hergestellter Aluminiumschaum (ALPORAS)
Pulvermetallurgisch hergestellter Aluminiumschaum

Abbildung 2: Spannungs-Stauchungsdiagramm unterschiedlicher Werkstoffe

Ausgehend von diesen Spannungs-Stauchungsdiagrammen können mit Hilfe von Berechnungsverfahren die Polsterkurven ermittelt werden. Die Abbildung 3 zeigt eine solche Polsterkurvenschar für den Werkstoff ALPORAS.

Abbildung 3: Polsterdiagramm ALPORAS

Die Abbildung 4 zeigt das Polsterdiagramm für den PM-Schaum.

Bei den meisten Werkstoffen gibt es im relevanten Bereich von 0 - 20 m/s Fallgeschwindigkeit keine oder nur eine unwesentliche Abhängigkeit des Crashverhaltens von der Verformungsgeschwindigkeit. Bei den Werkstoffen Beeboard und Honeycomb ist jedoch eine ausgeprägte Abhängigkeit des Energieabsorptionsvermögens von der Belastungsgeschwindigkeit vorhanden. Hier muss das Spannungs-Stauchungsdiagramm bei den entsprechenden Fallgeschwindigkeiten im dynamischen Test ermittelt werden. Anschließend zeigt das Polsterdiagramm eine gute Übereinstimmung mit echten Crashversuchen an Honeycomb-Polstern - siehe Abbildung 5.

Abbildung 5: Vergleich quasistatisches - dynamisches Verhalten Honeycomb