DE10042221A1

DE10042221A1 - Stoßdämpfer für ein Fahrzeug, das plastische Verformungen ausnutzt

Info

Publication number: DE10042221A1
Application number: DE10042221A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Yoshida
Original assignee: Om Corp
Current assignee: Asteer Co Ltd
Priority date: 1999-09-02
Filing date: 2000-08-28
Publication date: 2001-08-09
Also published as: US6702345B1

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

HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

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.

2. Beschreibung des Standes der Technik

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.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

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.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

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.

DETAILBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

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

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.

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.

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.