AT13754U1 - Crash-Element - Google Patents

Abstract

Crash-Element mit einem im Wesentlichen zylindrischen Rotations-Hohlkörper,der an beiden Enden mit ebenen Platten abgeschlossen ist,wobei der Mantel des Rotationskörpers in axialer Richtung gewellt ist unddie Wellen sich bei axialer Druckbelastung, über einen gegebenenGrenzwert, plastischen verformen, Falten bilden und dabei Energieaufnehmen, wobei die Wellen des Rotationskörpers aus im Wesentlichenkegeligen Flächenelemente (5, 6) bestehen und die Erzeugenden dieserFlächenelemente mit der Rotationskörperachse einen Winkel α einschließen,der bei benachbarten Flächenelementen (5, 6) alternierend positiv undnegativ ist, wobei zumindest bei einem Großteil der Wellen diese Winkel αdem Absolutwert nach gleich sind und die benachbarten Flächenelementegleiche axiale Höhen h aufweisen und gegebenenfalls die Winkel α imBereich zwischen 7° und 45°, vorzugsweise zwischen 10° und 30° liegen .

Description

österreichisches Patentamt AT13 754U1 2014-08-15

Beschreibung

CRASH-ELEMENT

[0001] Crash-Elemente werden im Maschinen- und Anlagenbau überall dort eingesetzt, wo sich Komponenten der Maschine bzw. Anlage mit relativ hoher Geschwindigkeit bewegen und wo ein Versagen der vorhandenen Sicherheitssysteme, wie Endschalter, Lichtschranken und Hard-oder Software einer Steuerung zu schweren Schäden an der Anlage führen kann. Solche Fehler können auch zur Gefährdung und Verletzung von Personen führen. Vielfach kommt es zu längeren Betriebsunterbrechungen mit schwerwiegenden Folgen für das Unternehmen. Nur beispielsweise sei hier auf die Autoindustrie hingewiesen, wo der Ausfall einer Fertigungsstraße z.B. einer Karosserieschweiß- oder einer Lackierstraße zu großen Ergebnisverlusten führt. Im Gegensatz zu elastischen Pufferelementen werden Crash-Elemente bei einem Aufprall unter Aufnahme erheblicher kinetischer oder potentieller Energie bleibend und irreversibel verformt. Im Vergleich zu elastischen Puffer-Elementen zeichnen sich die Crash-Elemente durch eine wesentlich geringere Baugrößen und Rückprallfreiheit aus. Handelt es sich um metallische Crash-Elemente so kommt die Wartungsfreiheit dazu. Während pneumatische oder hydraulische Systeme oder Systeme unter Verwendung von Kunststoffen zur Energieumsetzung einer regelmäßigen Inspektion bedürfen erfordern metallische Crash- Elemente weder regelmäßige Inspektionen noch Wartungen.

[0002] Die Erfindung bezieht sich auf ein Crash-Element mit einem, vorzugsweise metallischen und im Wesentlichen zylindrischen, Rotations-Hohlkörper, der an beiden Enden mit, vorzugsweise ebenen, Platten abgeschlossen ist. Der Mantel des Rotationskörpers ist in axialer Richtung gewellt, wobei sich die Wellen bei axialer Druckbelastung, über einen gegebenen Grenzwert, plastischen verformen, Falten bilden und dabei Energie aufnehmen.

[0003] Bei bekannten Crash-Elementen der oben beschriebenen Art weisen die Erzeugenden der Rotationskörper einen sinusartigen Verlauf mit einer großen Anzahl von Wellen auf. Diese Elemente weisen im Allgemeinen eine sehr regelmäßige Faltenbildung auf, erfordern allerdings wegen der relativ geringen Effizienz (Verformungsweg zu Gesamtlänge) ein großes Bauvolumen.

[0004] Erfindungsgemäß kann die Effizienz der Elemente dadurch vergrößert werden, dass die Wellen des Rotationskörpers aus im Wesentlichen kegeligen Flächenelementen bestehen. Die Erzeugenden dieser Flächenelemente schließen mit der Rotationskörperachse einen Winkel α ein, der bei benachbarten Flächenelementen alternierend positiv und negativ ist. Zumindest bei einem Großteil der Wellen sind diese Winkel α dem Absolutwert nach gleich, wobei die benachbarten Flächenelemente gleiche axiale Höhen h aufweisen und gegebenenfalls die Winkel α im Bereich zwischen 7° und 45°, vorzugsweise zwischen 10° und 30° liegen.

[0005] Vorteilhaft liegt das Verhältnis h/d zwischen 6 und 15, vorzugsweise zwischen 8 und 12 wobei h die axiale Höhe eines Flächenelements, d die Wandstärke desselben ist. Durch eine vergleichsweise große Höhe der Flächenelemente wird die Energie nicht nur durch die Biegung im Bereich der Wellenscheitel aufgenommen sondern zu einem großen Teil durch die Dehnung der Bereiche der Flächenelemente mit großem Durchmesser und durch Stauchung der Bereiche mit einem vergleichsweise kleinerem Durchmesser.

[0006] Vorzugsweise weisen die an die beiden Enden des Rotationskörpers angrenzenden Flächenelemente eine geringere axiale Höhe h und einen größeren Winkel α als die übrigen Flächenelemente auf, so dass sich im verformten Zustand eine möglichst gleichmäßige Faltung ergibt.

[0007] In einer Weiterbildung der Erfindung weist zumindest ein Flächenelement eine von den übrigen Flächenelementen abweichende Wandstärke auf. Durch diese Maßnahme ist es möglich, den Verlauf der auftretenden Kräfte den jeweiligen Erfordernissen optimal anzupassen.

[0008] Diese Optimierung kann auch dadurch erfolgen, dass zumindest ein Flächenelement 1 /5 österreichisches Patentamt AT13 754U1 2014-08-15 partiell eine reduzierte Wandstärke aufweist. Diese Reduktion der Wandstärke kann sich beispielsweise auf den Bereich der Wellenscheitel beschränken.

[0009] Vorteilhaft weist das mittlere Flächenelement des Crash-Elements im Vergleich zu den übrigen Flächenelementen eine reduzierte Wandstärke bzw. eine in Teilbereichen reduzierte Wandstärke auf. Diese Maßnahme kann zur Stabilisierung des Crash-Elementes eingesetzt werden. Bei ungünstigen Durchmesser-/ Längenverhältnissen könnte es zu einem Knicken und damit zu einem Totalausfall des Crash-Elementes kommen.

[0010] Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Die Fig. 1 stellt eine perspektivische Ansicht eines Crash- Elements dar. Die Fig. 2 zeigt einen Axialschnitt eines solchen Elements, wobei in der linken Bildhälfte das Crash-Element im Ausgangszustand dargestellt ist, in der rechten Bildhälfte im gestauchten Zustand nach einem Crash.

[0011] Die wesentlichste Komponente des Crash-Elements ist das Wellrohr 1, ein Rotationskörper, der aus im Wesentlichen kegeligen Flächenelementen 5 und 6 gebildet wird. Die Erzeugenden dieser Kegelflächen schließen mit der Achse des Wellrohrs 1 einen Winkel α bzw. -a ein, sie weisen eine Höhe h und eine Wandstärke d auf. In das Wellrohr 1 sind auf beiden Seiten kreisförmige Platten 2 und 3 eingesetzt, wobei in der Platte 3 ein Schraubbolzen 4 befestigt ist, der zur Montage des Elementes an einer Maschine oder Anlage dient. Die diesen Endplatten benachbarten Flächenelemente können in Bezug auf ihre Höhe h‘, ihrem Öffnungswinkel a‘ und gegebenenfalls auch bezüglich ihrer Wandstärke d‘ von den übrigen Flächenelementen abweichen. Durch diese unterschiedliche Ausbildung der Rand-Flächenelemente ist es möglich, bei einer Stauchung eine möglichst regelmäßige Faltung zu erzielen.

[0012] Beim Aufprall eines Fahrzeuges oder Schlittens auf ein Hindernis, tritt im Bereichen der äußeren und inneren Wellenscheitel 8 bzw.7 ein Biegemoment auf. Die Deformation erfolgt zunächst im elastischen Bereich. Wird durch eine entsprechend hohe Belastung bei der Biegung die Fließgrenze des Materials überschritten, werden die Flächenelemente 5, 6 plastisch verformt wobei die Kegelflächen schließlich zu einer Scheibe deformiert werden (vgl. rechten Bildteil von Fig. 2). Bei dieser Umformung werden die äußeren Bereiche der Kegelflächen 5 und 6 gedehnt, die inneren gestaucht, wobei zusätzlich beträchtliche Energien aufgenommen werden.

[0013] Durch gezielte Schwächungen der Elemente im Bereich der äußeren und / oder der inneren Wellenscheitel 8 bzw. 7 ist es möglich, den Verlauf der sich ergebenden Verformungskräfte zu beeinflussen und an die jeweiligen Anwendungen optimal anzupassen. Diese Methode kann auch dazu benutzt werden, um die Stabilität der Crash-Elemente zu erhöhen. Weisen die Elemente ein relativ großes Längen-/ Durchmesser-Verhältnis auf, könnte es unter ungünstigen Bedingungen zu einem Knicken des Elementes und damit zu einem Ausfall desselben kommen. Durch eine Schwächung mindestens eines Wellenscheitels, vorzugsweise in der Mitte des Elements (vgl. Pos.9 in Fig. 1), kann erreicht werden, dass diese Welle bereits im Wesentlichen zu einer Scheibe deformiert ist, bevor die Deformationen in den übrigen Bereichen einsetzen.

[0014] Das Wellrohr 1 besteht bevorzugt aus Metall, beispielsweise aus Aluminium oder Stahl und ist damit weitgehend unabhängig von Umweltbedingungen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Es ist aber grundsätzlich auch möglich für diesen Zweck Kunststoffe einzusetzen.

[0015] Die Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt. 2/5

Claims (6)

1. österreichisches Patentamt AT13 754U1 2014-08-15 Ansprüche 1. Crash-Element mit einem im Wesentlichen zylindrischen Rotations- Hohlkörper, der an beiden Enden mit ebenen Platten abgeschlossen ist, wobei der Mantel des Rotationskörpers in axialer Richtung gewellt ist und die Wellen sich bei axialer Druckbelastung, über einen gegebenen Grenzwert, plastischen verformen, Falten bilden und dabei Energie aufnehmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellen des Rotationskörpers aus im Wesentlichen kegeligen Flächenelementen (5, 6) bestehen, wobei die Erzeugenden dieser Flächenelemente mit der Rotationskörperachse einen Winkel α einschließen, der bei benachbarten Flächenelementen (5, 6) alternierend positiv und negativ ist, wobei zumindest bei einem Großteil der Wellen diese Winkel α dem Absolutwert nach gleich sind und die benachbarten Flächenelemente gleiche axiale Höhen h aufweisen und gegebenenfalls die Winkel α im Bereich zwischen 7° und 45°, vorzugsweise zwischen 10°und 30“liegen.
2. 2. Crash-Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis h/d zwischen 6 und 15, vorzugsweise zwischen 8 und 12, liegt, wobei h die axiale Höhe eines Flächenelements, d die Wandstärke desselben ist.
3. 3. Crash-Element nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die an die beiden Enden des Rotationskörpers angrenzenden Flächenelemente eine geringere axiale Höhe h‘ und einen größeren Winkel α als die übrigen Flächenelemente aufweisen, so dass sich im verformten Zustand eine möglichst gleichmäßige Faltung ergibt.
4. 4. Crash-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Flächenelement (5 und/oder 6) eine von den übrigen Flächenelementen abweichende Wandstärke d‘ aufweist.
5. 5. Crash-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Flächenelement (5 und/oder 6) partiell eine reduzierte Wandstärke d aufweist.
6. 6. Crash-Element nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mittlere Flächenelement des Crash-Elements im Vergleich zu den übrigen Flächenelementen eine reduzierte Wandstärke (9) aufweist bzw. eine in Teilbereichen reduzierte Wandstärke aufweist. Hierzu 2 Blatt Zeichnungen 3/5