DE10042221A1 - Stoßdämpfer für ein Fahrzeug, das plastische Verformungen ausnutzt - Google Patents
Stoßdämpfer für ein Fahrzeug, das plastische Verformungen ausnutztInfo
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Abstract
Der Stoßdämpfer ist zwischen einem Puffer und dem Rahmen eines Fahrzeugs montiert, um auf den Puffer oder Stoßdämpfer ausgeübte Impaktenergie in Verformungsenergie umzuformen. Der Absorber oder Stoßdämpfer umfasst ein gerades Rohr, das sich plastisch verformen lässt. Ein gerades Rohr wird teilweise vergrößert oder aufgeweitet oder teilweise reduziert, um unterschiedliche Durchmesserteile zu bilden. Diese Rohrteile sind durch Stufen verbunden, die zwischen dem Rand einer jeden geformt sind. So wird ein Mehrfachdurchmesserrohr mit Stufen gebildet. Die an beiden Enden des Stufenrohrs mit Mehrfachdurchmesser positionierten Rohre sind mit dem Puffer oder Stoßdämpfer bzw. dem Rahmen des Fahrzeugs verbunden.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Stoßdämpfer, die zwischen einem Stoßfänger und
einem Rahmen eines Fahrzeugs montiert sind, um Stoßenergie, die auf den
Stoßfänger oder Puffer ausgeübt wird, in Verformungsenergie umzuformen und
hierdurch die Energie zu absorbieren.
Übliche Stoßdämpfer umfassen solche vom Zylindertyp, wie sie beschrieben sind in
der US PS Nr. 4,537,734 sowie vom Typ, bei dem eine plastische Verformung wie
Beulen oder Knicken verwendet wird. Beim Zylindertyp wird Stoßenergie als Energie
absorbiert, die einen Zylinder komprimiert. Der letztgenannte Typ ist beschrieben in
der japanischen offengelegten Patentanmeldung Nr. 086309/1997 und bei dem
Stoßenergie in Verformungsenergie eines Elements umgewandelt wird, wodurch die
Energie absorbiert wird. Dieser Zylindertyp hat den Vorteil, dass die Energie
absorbierenden Eigenschaften stabil sind. Diese Konstruktion jedoch erfordert
Präzision und viele Bauteile. Es hat daher den Nachteil, dass das Element schwer
und teuer ist. Während der plastische Verformung verwendende Typ den Vorteil hat,
dass er leicht und preiswert ist, liegt dieser Typ aber hinsichtlich der Energie
absorbierenden Eigenschaften schlechter als der Zylindertyp.
Der plastische Verformung benutzende Stoßdämpfer ist von geringem Gewicht und
preiswert und erfüllt so zeitgemäße Anforderungen hinsichtlich Reduzierung von
Kosten der Fahrzeugherstellung. Es ist somit ein Ziel der Erfindung, einen
Stoßdämpfer, der mit plastischer Verformung arbeitet, zur Verfügung zu stellen, der
stabil hinsichtlich der Energie absorbierenden Eigenschaft und von geringem
Gewicht ist und mechanisch einfach und preiswert herzustellen ist. Als Ergebnis
haben wir einen Stoßdämpfer entwickelt, der zwischen einem Stoßfänger oder -
puffer und einem Rahmen eines Kraftfahrzeugs montiert wird und dahingehend wirkt,
auf den Puffer oder Stoßfänger ausgeübte Stoß- oder Impaktenergie in
Verformungsenergie umzuformen, wodurch die Energie absorbiert wird. Dieser
Stoßdämpfer zeichnet sich dadurch aus, dass er aus einem abgestuften Rohr mit
vielen Durchmessern besteht, welches aus verschiedenen Durchmesserteilen
besteht, die dadurch gebildet sind, dass teilweise ein gerades Rohr, welches sich
plastisch verformen lässt, partiell reduziert oder partiell vergrößert wird.
Jeder dieser Rohrteile mit unterschiedlichen Durchmessern ist über Stufen mit dem
anderen verbunden, die zwischen jedem Rand jedes Rohrteils unterschiedlichen
Durchmessers gebildet ist. Ein Ende des gestuften Mehrfachdurchmesserrohres ist
mit dem Puffer, das andere Ende des abgestuften Mehrfachrohres mit dem Rahmen
des Fahrzeugs jeweils verbunden. Bei diesem Stoßdämpfer wird der Puffer oder
Stoßfänger normalerweise am Fahrzeugrahmen als ein Element, das den Puffer oder
Stoßfänger abstützt, gehalten.
Der Stoßdämpfer der vorliegenden Erfindung ist so ausgelegt, dass er Stoßenergie
beim Verfahren absorbiert, so dass der Rohrteil mit kleinem Außendurchmesser in
den Rohrteil mit großem Außendurchmesser geschoben wird.
Ein Teil der Stoßenergie komprimiert die Rohrteile. Die Stoßenergie wird jedoch
meist als plastische Verformung der Stufe, die hineingeschleppt wird, verbraucht,
insofern, als der Rohrteil mit dem kleinen Außendurchmesser in den Rohrteil mit dem
großen Außendurchmesser geschoben wird. Auf diese Weise wird Energie
absorbiert.
Das abgestufte Rohr mit Mehrfachdurchmesser ist wie folgt aufgebaut:
- a) Die Abstufungen zwischen dem Rand der Rohrteile werden zurück gegen jedes der Rohrteile gefaltet und
- b) Rohrteile werden durch die Abstufung verbunden, so dass der Innendurchmesser des einen Rohrteils größer als der Außendurchmesser des anderen wird.
Konkret umfasst der Stoßdämpfer nach der vorliegenden Erfindung:
- a) die Stufe hat bereits begonnen, plastisch verformt zu werden. Daher kann die anfänglich zur plastischen Verformung notwendige Energie klein sein. Somit schreitet die Einwärtsbewegung der Abstufung, die geschleppt wird, sanft vorwärts.
Bei (b) teleskopen die benachbarten Rohre leicht.
Somit schreitet die plastische Verformung der Abstufung gut voran. Somit ist der
Innendurchmesser des Rohrteils mit dem kleinen Außendurchmesser größer als der
Außendurchmesser des anderen, was bedeutet, dass die Breite W der Abstufung
größer als die Wanddicke t des Rohrteils mit dem größeren Außendurchmesser ist.
Bevorzugt erfüllen die Abmessungen der Rohrteile, die durch die Abstufung
verbunden werden, grob die folgenden Beziehungen:
t1 < t2 und W < t2,
wobei t1 die Wanddicke des Rohrteils mit dem kleinen Außendurchmesser und t2 die
Wanddicke des Rohrteils mit dem großen Außendurchmesser und W die Breite der
Abstufung, die beide Rohrteile verbindet, ist. Angenommen wird, dass die Rohrteile
mit den kleinen und großen Außendurchmessern Längen H1 bzw. H2 haben.
Konkret umfasst der Stoßdämpfer der vorliegenden Erfindung: (1) den Stoßdämpfer,
bei dem das Rohr mit dem abgestuften Durchmesser ein abgestuftes Rohr mit zwei
Durchmessern ist und das Rohr mit den abgestuften beiden Durchmessern ein
Rohrteil mit großem Außendurchmesser und ein Rohrteil mit kleinem
Außendurchmesser bildet, die beide kreisförmig sind und erhalten werden, indem
man teilweise ein gerades Rohr reduziert oder vergrößert, welches plastisch verformt
werden kann, wobei jede Kante oder jeder Rand der Rohrteile unterschiedlichen
Durchmessers über Stufenabschnitte verbunden sind, damit eine Achse der Rohre
unterschiedlichen Durchmessers auf einem im wesentlichen gerade ausgerichteten
Teil und der Rohrteil mit dem großen Außendurchmesser vorgesehen und befestigt
ist auf dem Stoß aufnehmenden Teil des Rahmens des Fahrzeugs und
(2) der Stoßdämpfer, bei dem das abgestufte Rohr mit Mehrfachdurchmesser ein
abgestuftes Dreidurchmesserrohr ist und das abgestufte Mehrfachdurchmesserrohr
einen Rohrteil mit kleinem Außendurchmesser, einen Rohrteil mit mittlerem
Außendurchmesser und einen Rohrteil mit großem Außendurchmesser bildet, die im
wesentlichen kreisförmig sind und erhalten werden, indem man ein gerades Rohr
teilweise reduziert oder teilweise vergrößert bzw. aufweitet, die sich plastisch
verformen lassen, wobei jeder Rand von Rohrteilen unterschiedlichen Durchmessers
verbunden werden durch Abstufungen, damit eine Achse von Rohrteilen jeweils
unterschiedlichen Durchmessers auf einer Gerade im wesentlichen positioniert ist
und die Rohrteile unterschiedlicher Durchmesser in einer Reihenfolge von
Durchmessergrößen angeordnet sind und der Rohrteil mit großem
Außendurchmesser vorgesehen und befestigt ist auf dem Stoß aufnehmenden Teil
des Rahmens des Fahrzeugs.
Obwohl der Stoßdämpfer nach der vorliegenden Erfindung bevorzugt eine abgestufte
Konstruktion mit Mehrfachdurchmesser ist, sind wesentliche Beschränkungen
hinsichtlich der Anzahl der Stufen aufgrund des für die Installation zur Verfügung
stehenden Raums gegeben. Das abgestufte Dreidurchmesser-Rohr ist eine
realistische Konstruktion, was die Anzahl von Bearbeitungsschritten angeht. Ein
Stoßdämpfer, der beispielsweise aus einem abgestuften Rohr mit drei Durchmessern
besteht, lässt sich leicht wie folgt erhalten: Auf einem normalen runden Metallrohr
(einem kreisförmigen geraden Rohr) wird eine gegebene Länge von einem Ende des
Rohres im Durchmesser aufgeweitet und das andere Ende im Durchmesser
reduziert. Bei dem abgestuften Dreidurchmesserrohr unterdrückt der Rohrteil mit
mittlerem Außendurchmesser eine Schräglage oder ein Verkippen des Rohrteils mit
kleinem Außendurchmesser. Die Rohrteile mit kleinem und mittlerem Durchmesser
jeweils können zusammen in den Rohrteil mit größerem Durchmesser geschoben
werden.
Angenommen wird, dass der das abgestufte Rohr mit drei Durchmessern
aufweisende Stoßdämpfer eine Länge H und eine Wanddicke t1 hat, wobei der
Rohrteil mit dem mittleren Außendurchmesser eine Länge von H2 und eine
Wanddicke t2 hat, der Rohrteil mit dem großen Außendurchmesser über eine Länge
H3 und eine Wanddicke t3 verfügt und die die Rohrteile mit dem kleinen und
mittleren Außendurchmesser verbundene Stufe verfügt über eine Breite W1 und die
die Rohrteile mit mittlerem und großem Außendurchmesser verbindende Stufe
verfügt über eine Breite W2. Die Beziehungen t1 < t2 < t3, W1 < t2 und W2 < t3
werden eingehalten. Wie vorher erwähnt, wird ein normales rundes Metallrohr
teilweise aufgeweitet und im Durchmesser reduziert, um ein abgestuftes Rohr mit
drei Durchmessern zu bilden, wird die Wanddicke t1 des Rohrteils mit dem kleinen
Außendurchmesser, der erhalten wird, indem der Durchmesser reduziert wird,
unvermeidlich größer als die Wanddicke t2 des Rohrteils mit dem mittleren
Außendurchmesser. Auch die Wanddicke t3 des Rohrteils mit dem großen
Außendurchmesser, erhalten durch Aufweiten des Durchmessers, ist
unvermeidlicherweise kleiner als die Wanddicke t2 des Rohrteils mit dem mittleren
Außendurchmesser. Ein Metallrohr wird zwei plastischen Verarbeitungsschritten
ausgesetzt, d. h. der Vergrößerung des Durchmessers und der Verkleinerung des
Durchmessers. Als Ergebnis kann ein Stoßdämpfer, der aus einem gewünschten
abgestuften Dreidurchmesserrohr besteht, hergestellt werden.
Fig. 1 ist ein Vertikalschnitt durch einen Stoßdämpfer, der aus einem abgestuften
Zweidurchmesserrohr erfindungsgemäß besteht;
Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie I-I der Fig. 1;
Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1;
Fig. 4 ist ein Vertikalschnitt und zeigt die Beziehung zwischen dem Grad der
Stoßabsorption und dem Grad der Verformung eines abgestuften
Zweidurchmesserrohres, wenn der Stoß auf den Stoßdämpfer ausgeübt wird, wenn
der Wechsel vom Zustand der Fig. 1 ausgeht;
Fig. 5 ist ein Vertikalschnitt durch einen Stoßdämpfer, der aus einem abgestuften
Rohr mit drei Durchmessern erfindungsgemäß besteht;
Fig. 6 ist ein Vertikalschnitt und zeigt einen Rohrteil mit mittlerem
Außendurchmesser, der in einen Rohrteil mit großem Außendurchmesser geschoben
wird, Änderung aus dem Zustand der Fig. 5;
Fig. 7 ist ein Vertikalschnitt, bei dem der Rohrteil mit dem kleinen
Außendurchmesser begonnen hat, in den Rohrteil mit dem großen
Außendurchmesser geschoben zu werden, Änderung ausgehend vom Zustand der
Fig. 6;
Fig. 8 ist ein Vertikalschnitt und zeigt, dass die Stoßenergie zum größten Teil
absorbiert wurde;
Fig. 9 ist ein Vertikalschnitt und zeigt, wie der Stoß aus einer Diagonalrichtung auf
den Stoßdämpfer, der seinen Zustand aus dem der Fig. 5 verändert hat, ausgeübt
wird;
Fig. 10 ist ein Vertikalschnitt eines Stoßdämpfers, wie er in einem
Musterstoßdämpfer verwendet wird; und
Fig. 11 ist eine grafische Darstellung und zeigt die Ergebnisse für die Messung der
Energieabsorption des Musterstoßdämpfers.
Wie in Fig. 1 gezeigt, umfasst ein Stoßdämpfer der vorliegenden Erfindung ein
abgestuftes Rohr mit Rohr mit zwei Durchmessern, das zwischen einem Puffer oder
Stoßfänger 2 und einem Rahmen 1 eines Fahrzeugs montiert ist. Das abgestufte
Rohr 9 mit den zwei Durchmessern formt Stoßenergie in Verformungsenergie um
und absorbiert so die Energie. Das abgestufte Rohr 9 mit den beiden Durchmessern
besteht aus einem Rohrteil 3 mit großem Außendurchmesser und einem Rohrteil 4
mit kleinem Außendurchmesser. Beide Rohrteile 3 und 4 sind im wesentlichen
kreisförmig im Querschnitt. Die Ränder beider Rohrteile 3 und 4 sind durch eine
Abstufung 5 verbunden, derart, dass die Achsen der Rohrteile 3 und 4 im
wesentlichen ausgerichtet sind. Der Rohrteil mit dem großen Durchmesser 3 ist an
einer Seite eines Fahrzeugrahmens 1 befestigt, der den Stoß aufnimmt. An der Stufe
5 überlappen sich die Kanten beider Rohrteile 3 und 4 in Längsrichtung des
abgestuften Rohres mit zwei Durchmessern einander und werden auf die Rohrteile 3
und 4 zurückgefaltet.
Das abgestufte Rohr 9 mit zwei Durchmessern wird wie folgt hergestellt. Ein gerades
Rohr wird als Rohrteil 3 mit großem Außendurchmesser hergestellt. Ein Teil dieses
geraden Rohres wird gestaucht, um Querschnittsfläche zu reduzieren und bildet so
den Rohrteil 4 mit kleinem Außendurchmesser. Die rückgefaltete Abstufung 5 kann
leicht geformt werden, wenn sie in Längsrichtung des abgestuften Rohrs 9 mit den
beiden Durchmesserteilen gepresst wird.
Um dies hervorzurufen, liefern das Rohr mit den beiden Durchmessern und
befestigen gegen den aufnehmenden Stoßteil des Rahmens ein Lagerflansch 6 mit
mehreren Bolzenlöchern 10, der an dem Rohrteil 3 mit großem Außendurchmesser
verschweißt ist. Der Durchmesser der Rohrdurchgangslöcher 12, die in dem
Rohrlagerungssitz 11 des Kraftfahrzeugrahmens 1 ausgebildet sind, wird geringer als
der Außendurchmesser des Rohrteils 3 mit großem Durchmesser eingestellt. Obwohl
dieser Rohrteil 3 mit großem Außendurchmesser, der eingeschoben wird, gecheckt
wird, kann der Rohrteil 4 mit kleinem Außendurchmesser eingeschoben werden,
wobei die Abstufung 5 hineingeschleppt wird. Das abgestufte Rohr 9 mit den beiden
Durchmessern und der Stoßfänger oder -puffer 2 werden zusammen durch
Schweißen eines Lagerungsrohres 7 angebracht, welches vertikal ist, und zwar
gegen das Ende des Rohrteils 4 mit kleinem Außendurchmesser, wobei Bolzen 8 in
die Bolzenlöcher 13 im Rohr 7 und dem Stoßfänger oder -puffer 2 eingeführt werden
und die Bolzen, wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt, befestigt werden.
Beim Stoßdämpfer nach der vorliegenden Erfindung wird, wenn ein Stoß auf den
Stoßfänger 2 ausgeübt wird, die Abstufung 5 nach innen gegen den Rohrteil 3 mit
großem Außendurchmesser, wie in Fig. 4 gezeigt, geschleppt. Nach Fig. 1 und 4
ist die Größe der Stoßenergie angegeben durch den Pfeil in dicker Ausführung
innerhalb des abgestuften Rohrs 9 mit den beiden Durchmessern. Die
Verformungsenergie ist angegeben mit der Größe der plastischen Verformung und
bezeichnet durch die mit der dünnen Außenlinie außerhalb des abgestuften
Zweidurchmesserrohrs 9 <gegebene Pfeildarstellung<. Bevor der in Fig. 4
dargestellte Zustand erreicht wird, ist die Stoßenergie in der Praxis fast völlig
absorbiert worden. Aus Gründen der zweckmäßigen Erläuterung ist der Pfeil in
dicker Außenkontur belassen worden.
Wird der Rohrteil 3 mit dem großen Außendurchmesser als gerades Rohr belassen
und wird ein rundes Metallrohr im Durchmesser reduziert, um den Rohrteil 4 mit dem
kleinen Außendurchmesser zu bilden, verfügt dieser Rohrteil 4 über eine große
Wanddicke mit wünschenswerten Ergebnissen. In diesem Fall sind der Rohrteil mit
dem großen Außendurchmesser 3 und der Rohrteil 4 mit dem kleinen
Außendurchmesser im wesentlichen kreisförmig im Querschnitt. Ihre Achsen sind im
wesentlichen ausgerichtet. Dabei ist der Energieabsorptionswirkungsgrad hoch.
Stabile Energieabsorptionscharakteristiken werden dem Stoßdämpfer verliehen. Die
Beziehung zwischen Belastung, die veranlasst, dass die Abstufung hineinverzogen
wird, zur Größe der Bewegung des Puffers oder Stoßdämpfers zeigt
Rechteckwellen-Charakteristiken. Der Rohrteil 4 mit dem kleinen Außendurchmesser
muss fest bzw. solide sein.
Ein anderer Stoßdämpfer nach der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 5 gezeigt und
umfasst ein rundes Metallrohr von im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt. Eine
Länge H1 dieses Rohres wird an einem Ende im Durchmesser reduziert, um einen
Rohrteil 4 kleinen Außendurchmessers zu bilden. Eine Länge H3 vom anderen Ende
wird im Durchmesser vergrößert und bildet einen Durchmesserteil 3 großen
Außendurchmessers. Die verbleibende Länge H2 des runden Metallrohrs wird
belassen wie sie ist und bildet einen Rohrteil 15 mittleren Außendurchmessers. Die
benachbarten Rohre sind über Stufen 5 jeweils verbunden. Die Achsen der Rohrteile
3, 4 und 15 sind im wesentlichen derart ausgerichtet, dass die plastischen
Verformungen an den Stufen 5 in Umfangsrichtung gleich sind. Nach der
vorliegenden Ausführungsform liegen die Stufen 5 in einer Ebene senkrecht zur
Längsrichtung des abgestuften Dreidurchmesser umfassenden Rohres. Die
Beschreibung des Verfahrens zum Montieren dieses Stoßdämpfers an einem
Fahrzeug wird hier ausgelassen. In der vorliegenden Ausführungsform ist der
Fahrzeugrahmen 1 nicht mit Löchern für die Durchführung der Rohrteile versehen,
um zu verhindern, dass die Rohrteile 4 bzw. 15 mit dem kleinen und mittleren
Außendurchmesser daran gehindert werden, eingeschoben zu werden.
Beispielsweise jedoch kann ein Loch vorgesehen sein, dass die Durchführung des
Rohrteils 14 mit nur dem kleinen Außendurchmesser möglich wird.
Unter der in Fig. 5 gezeigten Bedingung wird Stoß auf den Stoßfänger 2 ausgeübt,
dann wird der Stoß auf die Rohrteile 3 und 15 mit dem mittleren und großen
Außendurchmesser über die Stufen 5 übertragen sowie auf den Rohrteil 4 mit dem
kleinen Außendurchmesser. Der Rohrteil 4 mit dem kleinen Außendurchmesser
beginnt derart verformt zu werden, dass er in den Rohrteil 15 mit dem mittleren
Außendurchmesser gepresst wird und dieser mittlere Rohrteil 15 mit dem mittleren
Durchmesser wird in den Rohrteil 3 mit dem großen Außendurchmesser gepresst.
Nach Fig. 5-8 ist die Größe der Stoß- oder Impaktenergie angegeben durch einen
stark ausgezogenen Pfeil innerhalb des abgestuften Rohrs 14 mit den drei
Durchmessern. Die Verformungsenergie ist angegeben durch die Größe der
plastischen Verformung (die Größe der Einwärtsbewegung) und bezeichnet durch
die dünne Pfeilaußenlinie außerhalb des abgestuften Rohrs mit den drei
Durchmessern. In der Praxis muss die Stoßenergie fast völlig absorbiert sein, bevor
der in Fig. 8 gezeigte Zustand erreicht ist. Aus Gründen der zweckmäßigen
Erläuterung jedoch wird der Pfeil mit der starken Außenlinie belassen. Die
Abstufungen 5 werden plastisch verformt und eingezogen. Realisiert wird dies durch
die Tatsache, dass der geschobene Rohrteil (d. h. der Rohrteil 3 mit dem großen
Außendurchmesser) zusammen mit den Stufen 5 mitgenommen wird, anstatt das
schiebende Rohr selbst (beispielsweise der Rohrteil 15 mit dem mittleren
Außendurchmesser). Im vorliegenden Dreidurchmesser-Abstufungsrohr ist die Dicke
t1 des Rohrteils 4 mit dem kleinen Außendurchmesser größer verglichen mit der
Dicke t2 des Rohrteils 15 mit dem mittleren Außendurchmesser des geraden Rohrs.
Umgekehrt ist die Wanddicke t3 des Rohrs 3 mit dem größeren Außendurchmesser
die kleinste. Die Breite W1 der Stufe 5 zwischen dem Rohrteil 4 mit dem kleinen
Außendurchmesser und dem Rohrteil 15 mit dem größeren Außendurchmesser ist
größer als die Dicke t2. Die Breite W2 der Stufe 5 zwischen dem Rohrteil 3 mit dem
großen Außendurchmesser und dem Rohrteil 15 mit dem mittleren
Außendurchmesser ist größer als die Dicke t3. Daher wird die plastische Verformung
der Stufe, die auftritt, wenn die Mitnahme nach innen beginnt, während der Rohrteil
15 mit dem mittleren Außendurchmesser beginnt, in den Rohrteil 3 mit dem großen
Außendurchmesser geschoben zu werden, so wie in Fig. 6 dargestellt. Die
plastische Verformung der Stufe, die dann eintritt, ist wie in Fig. 6 gezeigt.
Auf diese Weise wird die Stoßenergie zunächst als Einwärtsbewegung der Rohrteile
4 bzw. 15 mit dem kleinen und mittleren Außendurchmesser absorbiert. D. h., die
Stoßenergie wird absorbiert als Energie, die die Stufe 5 verformt oder hineinzieht,
welche zwischen den Durchmesserteilen 3 bzw. 15 mit dem mittleren und großen
Außendurchmesser vorhanden ist. In ähnlicher Weise wird die Stoßenergie als
Verformungsenergie ausgenutzt, welche den Rohrteil 4 mit dem kleinen
Außendurchmesser in den Rohrteil 15 mit dem mittleren Außendurchmesser schiebt.
Somit wird, wie in Fig. 6 gezeigt, die Stufe 5 zwischen dem Rohrteil 4 mit dem
kleinen Außendurchmesser und dem Rohrteil 15 mit dem mittleren
Außendurchmesser geringfügig hineingezogen oder geschleppt.
Erfindungsgemäß begrenzt das Vorhandensein des Fahrzeugrahmens die
Einwärtsbewegung der Stufe, die hineingezogen wird, wobei die Stufe 5 zwischen
dem Rohrteil 3 mit dem mittleren Durchmesser und dem Rohrteil 15 mit dem großen
Außendurchmesser, wie in Fig. 6 gezeigt, positioniert ist. Dann beginnt, wie in Fig.
7 gezeigt, Stoßenergie als Energie absorbiert zu werden, welche die Stufe verformt
oder nach innen zieht, welche zwischen dem Rohrteil 4 mit dem kleinen
Außendurchmesser und dem Rohrteil 15 mit dem mittleren Außendurchmesser
positioniert ist. Wenn die Stoßenergie weiterhin vorhanden ist, wird die
Einwärtsbewegung der Stufe 5, die zwischen dem Rohrteil 4 mit dem kleinen
Außendurchmesser und dem Rohrteil 15 mit dem mittleren Außendurchmesser
fortschreiten, bis die Bewegung durch den Fahrzeugrahmen 1 wie in Fig. 8 gezeigt,
begrenzt wird. Beide Stufen 5 werden in oben beschriebener Weise hineingezogen.
D. h. die Stoßenergie wird in Verformungsenergie umgeformt. Auf diese Weise wird
die Stoßenergie hauptsächlich absorbiert. Die auf den Fahrzeugrahmen 1
übertragene Stoßenergie kann fast völlig aufgehoben bzw. kompensiert werden.
Noch weiter zu bevorzugen ist es, wenn der Stoßdämpfer nach der vorliegenden
Erfindung ein Stufenrohr 14 mit drei Durchmessern mit drei oder mehr Stufen mit
unterschiedlichen Außendurchmesserteilen umfasst. Dies wird klar besonders da
demonstriert, wo ein Stoß unter einem Winkel auf den Stoßfänger oder Puffer 2
ausgeübt wird. Fig. 9 ist ein Vertikalschnitt und zeigt, wie ein Stoß unter einem
Winkel auf den Stoßdämpfer ausgeübt wird, bis der Zustand der Fig. 5 und der
Verformungsgrad des abgestuften Rohrs 14 mit den drei Durchmessern erreicht ist.
Wie oben erwähnt, werden die Wanddicken der drei Rohrteile 3, 4 und 15 der
verschiedenen Außendurchmesser durch die Beziehungen verbunden:
t1 < t2 < t3.
Was die Stufen 5 angeht, so gelten die Beziehungen
W1 < t2 und W2 < t3.
Zusätzlich wird die Beziehung zwischen den Längen der Rohrteile assoziiert mit dem
Grad, wie leicht sie gekippt werden. Nach der erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist die Länge H1 des Rohrteils 4 mit dem kleinen Außendurchmesser größer als die
Länge H2 des Rohrteils 15 mit dem mittleren Außendurchmesser. Die Länge H2 des
Rohrteils 15 mit dem mittleren Außendurchmesser ist fast gleich der Länge H3 des
Rohrteils 3 mit dem großen Außendurchmesser. Wenn also ein Stoß schräg auf den
Puffer 2 ausgeübt wird, dann verkippt der Rohrteil 4 mit dem kleinen
Außendurchmesser, während die Stufe 5 geringfügig nach innen gezogen wird, wie
in Fig. 9 dargestellt. Der Rohrteil 15 mit dem mittleren Außendurchmesser trägt den
Rohrteil 4 mit dem großen Außendurchmesser und wird plastisch verformt, so dass
er in den Rohrteil 3 mit dem großen Außendurchmesser geschoben wird. Auf diese
Weise kann Stoßenergie absorbiert werden.
Auf diese Weise begrenzen beim Stoßdämpfer mit dem abgestuften
Dreidurchmesserrohr die aufeinanderfolgenden Rohrteile ihre gegenseitigen
Kippbewegungen. Schließlich sind die Richtungen der plastischen Verformungen
identisch, d. h. der Rohrteil 15 mit mittlerem Durchmesser wird in den Rohrteil 3 mit
dem großen Außendurchmesser gepresst. Somit kann die Stoßenergie gleichförmig
unabhängig von der Richtung des aufgebrachten Stoßes absorbiert werden. Die
Größe des absorbierbaren Stoßes liegt im Verhältnis zur Gesamtheit der
Einwärtsbewegungen der Stufen, die nach innen gezogen werden. Die Größe der
Einwärtsbewegung jeder Stufe, die hineingezogen wird, wird bestimmt von der Länge
des kürzeren der schiebenden und geschobenen Rohrteile. Die Rohrteile haben
bevorzugt gleiche Länge. Nach der oben genannten Ausführungsform ist H2 = H3.
Auch bezüglich der Länge H1 des Rohrteils mit dem großen Außendurchmesser ist
diese Länge gleich der Länge des anderen der Rohrteile, wenn ein Rand oder ein
Grenzbereich zur Anbringung am Puffer vernachlässigt wird. Grob gilt also: H1 = H2
= H3.
Die Energieabsorption von einer Vielzahl von Stoßdämpfern, die je aus einem
abgestuften Dreidurchmesserrohr bestanden, wurde gemessen. Die Stoßdämpfer
umfassten eine Stoßdämpferprobe, deren Kontur in Fig. 10 gezeigt ist. Dieser
Absorber verfügt über ein kreisförmiges gerades Rohr aus Stahl mit einem
Durchmesser von 50,8 mm. Der Rohrteil mit dem kleinen Außendurchmesser verfügt
über einen Außendurchmesser Phi1 von 34,8 mm, eine Länge H1 von 45,0 mm und
eine Wanddicke t1 von 2,95 mm. Der Rohrteil mit dem mittleren Außendurchmesser
verfügt über einen Außendurchmesser Phi2 von 50,8 mm, eine Länge H2 von 50,0 mm
und eine Wanddicke t2 von 2,30 mm. Der Rohrteil mit dem großen
Außendurchmesser verfügt über einen Außendurchmesser Phi 3 von 66,0 mm, eine
Länge H3 von 50,0 mm und eine Wanddicke t3 von 2,00 mm. Auf diese Weise wird
ein abgestuftes Dreidurchmesserrohr geformt. Wie aus der vorstehenden
Beschreibung ersichtlich, folgt, dass W1 = 8,0 mm und W2 = 7,6 mm ist. Eine Länge
von 5 mm für jede Stufe wird gegen das entsprechende Rohr zurückgefaltet.
Diese Messungen wurden in der jetzt zu beschreibenden Weise durchgeführt. Eine
Last wurde auf das Rohr mit dem kleinen Außendurchmesser aufgebracht. Jedes
Rohr wurde eingeschoben. Die Beziehung der Größe der absorbierten Energie zur
Größe der Einwärtsbewegung (d. h. der Größe der Verformung des Puffers in mm)
wurde gemessen als Einschublast (kN). Die Ergebnisse der Messungen sind in der
grafischen Darstellung der Fig. 11 angegeben. Bei dem als Muster betrachteten
Stoßdämpfer wurden die Stufen durch getrennte Verfahrensschritte geformt. Eine
große Einschublast war notwendig, bis die Stufen zunächst strukturell verformt
wurden, d. h., wenn die Einschublast 13 mm erreichte. Beim Stoßdämpfer nach der
vorliegenden Erfindung wurde die plastische Verformung jeder Stufe, die längs der
genannten Einschublast fiel und dann wurde die plastische Verformung beobachtet,
wo die Einschublast 13 mm oder mehr betrug. Seine charakteristische
Energieabsorptionskurve ähnelt einer Rechteckwelle. Somit kann festgestellt werden,
dass, sind die Stufen vorher so aufbereitet, dass sie sich plastisch verformen lassen,
so verfügt der Stoßdämpfer nach der Erfindung über eine charakteristische
Energieabsorptionskurve, die einer Rechteckwelle ähnelt.
Der Fahrzeugstoßdämpfer nach der Erfindung liefert die folgenden Vorteile.
- 1. Die charakteristische Energieabsorptionskurve nimmt die Form einer Rechteckwelle an, d. h. die Größe der absorbierten Energie nimmt rasch zu. Unmittelbar hernach wird die Geschwindigkeit, mit der die Energie absorbiert wird, konstant gehalten. Somit ist der Energieabsorptionswirkungsgrad hoch.
- 2. Das Mehrdurchmesser-Stufenrohr hat Rohre, die, geordnet nach Außendurchmesser, angeordnet sind. Dieses Rohr schafft leicht eine Festigkeit, die einen Puffer trägt. Ein Querschnitt entsprechend der Verteilung der Biegemomente wird erhalten.
- 3. Da die Stufen, die plastisch verformt werden, auf den Außenumfängen am Rand der Rohrteile vorhanden sind, lässt sich eine stabile plastische Verformung schnell erhalten.
- 4. Da die auf eine Konsole oder dergleichen, gegen die der Stoßdämpfer gelagert ist, übertragene Last ihrer Natur nach kompressiv ist, ist die Festigkeit stabil.
- 5. Ein Metallrohr kann leicht in die gewünschten Formen geformt werden, indem der Durchmesser mittels Hämmern, Gesenkschmieden, Pressen oder nach einem anderen Verfahren geformt wird. Endprodukte stabiler Gestalt lassen sich schnell herstellen.
- 6. Das reduzierte Rohr verfügt über eine große Wanddicke. Das vergrößerte Rohr hat eine reduzierte Wanddicke. Die Beziehung zwischen den Größen dieser Rohre ist geeignet, um für eine wirksame Produktion mit plastischer Verformung geeignet zu sein.
- 7. Der bekannte Doppelrohr-Stoßdämpfer nach dem Stand der Technik benötigte eine hohe Positionierungsgenauigkeit zwischen den Rohren, eine Schmierung, Staubdichtheit und eine Konstruktion, um einen steifen Halt sicher zu stellen. Im Gegensatz zu bekannten Konstruktionen benötigt der Stoßdämpfer nach der Erfindung keine dieser Forderungen. Somit ist der Stoßdämpfer nach der Erfindung hinsichtlich Gewicht, Kosten und Verlässlichkeit der bekannten Konstruktion überlegen.
- 8. Die Größe der plastischen Verformung kann gesteigert werden, indem die Anzahl der Stufen in dem gestuften Mehrdurchmesserrohr vergrößert wird. Somit kann die Größe der absorbierten Energie leicht vergrößert werden.
Claims (5)
1. Stoßdämpfer für ein Fahrzeug, gelagert zwischen dem Puffer oder Stoßdämpfer
und dem Rahmen, um Impakt- oder Stoßenergie, mit dem der Puffer beaufschlagt
wird, in Verformungsenergie umzuformen und hierdurch die Energie zu
absorbieren, wobei der Stoßdämpfer ein gestuftes Rohr mit
Mehrfachdurchmesser ist;
dieses gestufte Rohr mit Mehrfachdurchmesser aus Rohrteilen unterschiedlicher Duchmesser besteht, die geformt werden, indem teilweise ein gerades Rohr, welches sich plastisch verformen lässt, reduziert oder teilweise aufgeweitet wird;
jeder dieser Rohrteile mit unterschiedlichem Durchmesser mit Stufen verbunden ist, die zwischen dem Rand jedes Rohrteils unterschiedlichen Durchmessers geformt sind, wobei ein Ende dieses gestuften Mehrdurchmesserrohrs mit diesem Puffer oder Stoßfänger verbunden ist und das andere Ende dieses gestuften Rohrs mit Mehrfachdurchmesser mit dem Rahmen des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
dieses gestufte Rohr mit Mehrfachdurchmesser aus Rohrteilen unterschiedlicher Duchmesser besteht, die geformt werden, indem teilweise ein gerades Rohr, welches sich plastisch verformen lässt, reduziert oder teilweise aufgeweitet wird;
jeder dieser Rohrteile mit unterschiedlichem Durchmesser mit Stufen verbunden ist, die zwischen dem Rand jedes Rohrteils unterschiedlichen Durchmessers geformt sind, wobei ein Ende dieses gestuften Mehrdurchmesserrohrs mit diesem Puffer oder Stoßfänger verbunden ist und das andere Ende dieses gestuften Rohrs mit Mehrfachdurchmesser mit dem Rahmen des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
2. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, wobei die zwischen dem Rand der Rohrteile mit
unterschiedlichem Durchmesser gebildeten Stufen jedes dieser Rohrteile
zurückgefaltet sind.
3. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, wobei bei durch die Stufen verbundenen
Rohrteilen unterschiedlichen Durchmessers der Innendurchmesser des Rohrteils
mit großem Außendurchmesser groß gegenüber dem Außendurchmesser der
Rohrteile mit kleinem Außendurchmesser ist.
4. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, wobei dieses gestufte Rohr mit
Mehrfachdurchmesser ein gestuftes Rohr mit zwei Durchmessern ist,
dieses gestufte Rohr mit zwei Durchmessern einen Rohrteil mit großem Außendurchmesser und einen Rohrteil mit kleinem Außendurchmesser bildet, die im wesentlichen kreisförmig sind und erhalten werden, indem teilweise ein gerades Rohr, das sich plastisch verformen lässt, reduziert oder aufgeweitet wird,
jeder Rand der Rohrteile unterschiedlichen Durchmessers durch Stufen verbunden ist, damit die Achsen jedes Rohrs unterschiedlichen Durchmessers im wesentlichen aufeinander ausgerichtet sind und
dieser Rohrteil großen Außendurchmessers auf dem den Stoß oder Impakt aufnehmenden Teil des Rahmens des Kraftfahrzeugs vorgesehen und befestigt ist.
dieses gestufte Rohr mit zwei Durchmessern einen Rohrteil mit großem Außendurchmesser und einen Rohrteil mit kleinem Außendurchmesser bildet, die im wesentlichen kreisförmig sind und erhalten werden, indem teilweise ein gerades Rohr, das sich plastisch verformen lässt, reduziert oder aufgeweitet wird,
jeder Rand der Rohrteile unterschiedlichen Durchmessers durch Stufen verbunden ist, damit die Achsen jedes Rohrs unterschiedlichen Durchmessers im wesentlichen aufeinander ausgerichtet sind und
dieser Rohrteil großen Außendurchmessers auf dem den Stoß oder Impakt aufnehmenden Teil des Rahmens des Kraftfahrzeugs vorgesehen und befestigt ist.
5. Stoßdämpfer nach Anspruch 1, wobei dieses gestufte Mehrdurchmesserrohr ein
abgestuftes Rohr mit drei Durchmessern ist,
dieses abgestufte Rohr mit Mehrfachdurchmessern einen Rohrteil mit kleinem Außendurchmesser, einen Rohrteil mit mittlerem Außendurchmesser und einen Rohrteil mit großem Außendurchmesser bildet, die im wesentlichen kreisförmig sind und erhalten werden, indem teilweise ein gerades Rohr reduziert oder aufgeweitet wird, das sich plastisch verformen lässt,
jeder Rand der Rohrteile unterschiedlichen Durchmessers über Stufen verbunden ist, damit Achsen jedes der Rohrteile unterschiedlichen Durchmessers im wesentlichen aufeinander ausgerichtet sind,
diese Rohrteile unterschiedlichen Durchmessers in der Reihenfolge der Durchmessergröße angeordnet sind und
dieser Rohrteil großen Außendurchmessers vorgesehen und befestigt ist auf dem Impakt oder Stoß aufnehmenden Teil des Rahmen des Fahrzeugs.
dieses abgestufte Rohr mit Mehrfachdurchmessern einen Rohrteil mit kleinem Außendurchmesser, einen Rohrteil mit mittlerem Außendurchmesser und einen Rohrteil mit großem Außendurchmesser bildet, die im wesentlichen kreisförmig sind und erhalten werden, indem teilweise ein gerades Rohr reduziert oder aufgeweitet wird, das sich plastisch verformen lässt,
jeder Rand der Rohrteile unterschiedlichen Durchmessers über Stufen verbunden ist, damit Achsen jedes der Rohrteile unterschiedlichen Durchmessers im wesentlichen aufeinander ausgerichtet sind,
diese Rohrteile unterschiedlichen Durchmessers in der Reihenfolge der Durchmessergröße angeordnet sind und
dieser Rohrteil großen Außendurchmessers vorgesehen und befestigt ist auf dem Impakt oder Stoß aufnehmenden Teil des Rahmen des Fahrzeugs.
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