DE10154094A1

DE10154094A1 - Shock absorber for vehicle comprises rigid pointed rod mounted on bumper or chassis member, bar of foam being mounted in front of this which is pressed against point and compressed by it in crash

Info

Publication number: DE10154094A1
Application number: DE2001154094
Authority: DE
Inventors: Sven Sagner
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2001-11-02
Publication date: 2002-11-21

Abstract

The shock absorber for a vehicle comprises a rigid, pointed rod (3) mounted on a bumper or chassis member. A bar of foam (5) is mounted in front of this and is pressed against the point and compressed by it in a crash.

Description

Die Erfindung betrifft einen Pralldämpfer nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to an impact damper according to the preamble of claim 1.

Ein gattungsgemäßer Pralldämpfer ist aus der DE 43 12 517 A1 bekannt. Dort ist ein Schaumteil aus einem Kunststoff beschrie ben, das zwischen einem Biegeträger und einem Stoßfänger ange ordnet ist und dessen dem Stoßfänger zugewandte Seite mittels eines Faserverbundes derart verstärkt wird, dass das Stoßfän gersystem des Kraftfahrzeuges auch bei mehrmaligen Stoßbelas tungen stabil bleiben soll. Bei einem Aufprall verhalten sich derartige herkömmliche Pralldämpfer derart, dass dessen dem Aufprall entgegengebrachter Widerstand mit zunehmender Verfor mung ebenfalls zunimmt. Obwohl der Anstieg aufgrund der Kom pression der im Schaumteil befindlichen und unter deren Einwir kung entweichenden Luft nicht besonders steil ist, ist der Auf prall trotzdem relativ heftig, was im Kraftfahrzeug vom Insas sen als unangenehm harter Stoß empfunden wird. Ein weicheres Aufprallverhalten kann zwar durch Variierung des Raumgewichtes des Schaumformkörpers eingestellt werden, was jedoch zu gerin geren Raumgewichtswerten und damit in ungewünschter Weise zu einer verminderten Energieaufnahmefähigkeit des Aufprallträgers führt.A generic impact damper is from DE 43 12 517 A1 known. There is a foam part made of a plastic ben that between a flexible beam and a bumper is arranged and its side facing the bumper by means of a fiber composite is reinforced so that the bumper gersystem of the motor vehicle even with multiple shock loads should remain stable. Behavior in the event of an impact such conventional impact absorbers such that the Impact of resistance with increasing deformation tion also increases. Although the increase due to the com pression of those in the foam part and under their influence escaping air is not particularly steep, is the Auf still bulging relatively violently, what in the motor vehicle from the Insas is felt as an uncomfortably hard shock. A softer one Impact behavior can be varied by varying the density of the foam molded body can be adjusted, but this is too small lower density values and thus in an undesired manner a reduced energy absorption capacity of the impact beam leads.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gattungsgemäßen Pralldämpfer dahingehend weiterzubilden, dass in einfacher Wei se eine anforderungsgerechte Auslegung des Aufprallverhaltens des Pralldämpfers ermöglicht werden kann. The invention has for its object a generic To further develop impact absorbers in such a way that in simple white a requirement-oriented interpretation of the impact behavior of the impact damper can be made possible.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patent anspruches 1 gelöst.The object of the invention is through the features of the patent Claim 1 solved.

Dank der Erfindung wird beim Aufprall der Schaumformkörper an fangs nur in geringem Ausmaß in axialer Richtung, also in Prallrichtung komprimiert, sondern in wesentlichen erst zur Seite verdrängt und dort durch die Verdrängungsbewegung des Verdrängungskörpers teilweise komprimiert. Die Höhe der Wider standskraft und damit der Energieaufnahme ist dabei gering. Bis die axiale Komprimierung vor dem Verdrängungskörper merklich zunimmt, hat dieser eine bestimmte Strecke im Schaumformkörper ohne eine nennbare Erhöhung des Widerstandes zurückgelegt. Bei diesem konstanten Kraftverlauf nimmt der Fahrzeuginsassen den Aufprall erheblich weicher wahr als bei herkömmlichen Aufprall dämpfern. Trotzdem ist die Energieaufnahmefähigkeit in ausrei chendem Masse insgesamt gegeben, da nach der besagten zurückge legten Strecke die axiale Komprimierung den bestimmenden Einfluß auf den Kraftverlauf nimmt und der Widerstand dabei ra pide ansteigt. Somit wird durch die Erfindung ein Pralldämpfer herstellbar, der beiden eigentlich zueinander widersetzlichen Anforderungen - weicher Stoß bei hoher Energieaufnahme - ge recht wird. Durch die ohne großen Aufwand umsetzbare konstruk tive Gestaltung des Verdrängungskörpers ist die Pralldämpfer charakteristik an den jeweiligen Bedarf graduell anpaßbar, wo bei entweder die Weichheit des Stoßes oder die Höhe der Ener gieaufnahme im Vordergrund steht. Der Verwendungsbereich ist relativ breit im Fahrzeugbau gefächert. So kann der Pralldämp fer beispielsweise zwischen Stoßfängern und Längsträger eines Kraftfahrzeuges angeordnet werden oder in der Lenkung an der Lenksäule seinen Einsatz finden. Denkbar sind ebenfalls stoßbe lastete Zonen bei Zügen oder Schiffen bzw. Booten.Thanks to the invention, the molded foam body is at impact starts only to a small extent in the axial direction, i.e. in Impact direction compressed, but essentially only to Page displaced and there by the displacement movement of the Displacer partially compressed. The amount of the contra Stability and thus the energy consumption is low. To the axial compression in front of the displacer is noticeable increases, this has a certain distance in the foam molding traveled without a noticeable increase in resistance. at the vehicle occupant takes this constant course of force Impact is considerably softer than with conventional impacts dampers. Nevertheless, the energy absorption capacity is inadequate Given the total mass, since after said put the axial compression to the determining distance Influence on the force course and the resistance ra pide increases. The invention thus makes an impact damper producible, the two actually contradicting each other Requirements - soft impact with high energy consumption - ge will be right. Due to the constructiv The design of the displacement body is the impact damper characteristic can be gradually adapted to the respective need, where at either the softness of the bump or the amount of energy The focus is on recording. The area of use is relatively broad in vehicle construction. So the impact damper fer for example between a bumper and side members Motor vehicle are arranged or in the steering on the Steering column find its use. Shockable are also conceivable congested zones on trains or ships or boats.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteran sprüchen entnommen werden; im übrigen ist die Erfindung anhand mehrerer in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele nachfolgend näher erläutert; dabei zeigt: Appropriate embodiments of the invention can the Unteran sayings are taken; otherwise the invention is based several embodiments shown in the drawings explained in more detail below; shows:

Fig. 1 in einem seitlichen Längsschnitt einen Verdrängungskör per eines erfindungsgemäßen Pralldämpfers, FIG. 1 is a lateral longitudinal section of a Verdrängungskör by an inventive impact absorber,

Fig. 2 in einem seitlichen Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Pralldämpfer, Fig. 2 is a lateral longitudinal section of an impact absorber according to the invention,

Fig. 3 in einem seitlichen Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Pralldämpfer mit einer im Schaumformkörper ausgebildeten Aus sparung, Fig. 3 savings in a lateral longitudinal section an impact absorber according to the invention having an opening formed in the foam molding of,

Fig. 4 in einem seitlichen Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Pralldämpfer mit in Prallrichtung sich vergrößerndem Quer schnitt, Fig. 4 is a lateral longitudinal section of an impact absorber according to the invention with cut in impact direction magnifying cross,

Fig. 5 in einem seitlichen Längsschnitt einen erfindungsgemäßen Pralldämpfer unter Zugbeanspruchung. Fig. 5 in a lateral longitudinal section an impact damper according to the invention under tensile stress.

In Fig. 1 ist ein Verdrängungskörper 1 eines Pralldämpfers 6 in Form eines Dornes dargestellt, der aus einem biegesteifen Mate rial beispielsweise aus Metall besteht. Der Verdrängungskörper 1 kann mit einem der pfeilförmigen Spitze 2 des Dornes abge wandten Ende 3 an einem Stoßfänger, an einem diesem gegenüber liegenden Querträger oder an einem Längsträger eines Kraftfahr zeuges angebracht sein. Der dornartige Verdrängungskörper 1 be sitzt zwischen dem Anbringungsende 3 und seiner Spitze 2 einen bolzenförmigen Abschnitt 4, der durch seine Massivheit dem Ver drängungskörper 1 hohe Stabilität verleiht.In Fig. 1, a displacement body 1 of an impact damper 6 is shown in the form of a mandrel, which consists of a rigid material, for example made of metal. The displacer 1 can be attached to one of the arrow-shaped tip 2 of the mandrel abge end 3 on a bumper, on an opposite cross member or on a side member of a motor vehicle. The mandrel-like displacer 1 be sits between the attachment end 3 and its tip 2 a bolt-shaped section 4 , which gives the Ver displacement body 1 high stability due to its solidity.

Der Verdrängungskörper 1 kann vor einem Schaumformkörper 5 des Pralldämpfers 1 platziert sein oder auch als vorgefertigte Bau einheit in diesem gemäß Fig. 2 eingeschäumt sein, wobei die letztere Anordnung so gestaltet sein muß, dass der Verdrän gungskörper 1 mit einem ersten Teilabschnitt 6 im Schaumform körper 5 eingeschäumt ist und mit einem zweiten das Ende 3 beinhaltenden Teilabschnitt 7 aus dem Schaumformkörper 5 her ausragt und damit unmittelbar prallbeaufschlagbar ist. Der Schaumformkörper 5 kann zylindrisch oder auch quaderförmig aus gebildet sein und aus Aluminiumschaum oder expandiertem Propy len bestehen, wodurch ihm eine hohe Steifigkeit zugrunde gelegt wird. Der Schaumformkörper 5 ist an seinen außerhalb der Prall richtung liegenden Seitenflächen 8 von einem massiven Mantel 9 umschlossen, der einerseits dem Material des Schaumformkörpers 5 einen sicheren Halt gegenüber dem Herauslösen einzelner Stü cke während der aktiven Beaufschlagung durch die Bewegung des Verdrängungskörpers 1 gibt und andererseits ein Aufweiten des Schaumformkörpers 5 verhindert und gegen die Verdrängungskraft des Verdrängungskörpers 1 eine Gegenkraft aufbringt, was zu ei ner Komprimierung des zur Seite verdrängten Materials des Schaumformkörpers 5 und somit zu einem bestimmten Grad an Ener gieaufnahme führt. Bei einem Material des Schaumformkörpers 5 mit geringer Querdehnung wie beispielsweise dem expandierten Propylen, kann auch auf den Mantel 9 verzichtet werden, was der baulichen Vereinfachung des Pralldämpfers 6 dient. Der Mantel 9 kann auch durch die Wandung eines Bauteils gebildet sein, in dem der Schaumformkörper 5 eingesetzt und von diesem umschlos sen ist. Der Abschnitt 4 des Verdrängungskörpers 1 ist gegen über dem seiner Verschieberichtung abgewandten Ende der Spitze 2 im Querschnitt verkleinert, wodurch Reibungseffekte vermieden werden können, die einen Anstieg des Widerstandes und damit der Energieaufnahme zur Folge hätten.The displacer 1 can be placed in front of a molded foam body 5 of the shock absorber 1 or can also be foamed as a prefabricated construction unit in this as shown in FIG. 2, the latter arrangement must be designed so that the displacement body 1 with a first portion 6 in the molded foam body 5 is foamed and with a second section 7 including the end 3 protrudes from the molded foam body 5 and can thus be impacted directly. The molded foam body 5 can be cylindrical or cuboidal and made of aluminum foam or expanded propylene, whereby it is based on high rigidity. The molded foam body 5 is enclosed on its side surfaces 8 lying outside the impact direction by a solid jacket 9 , which on the one hand gives the material of the molded foam body 5 a secure hold against the detachment of individual pieces during the active loading by the movement of the displacer 1 and on the other hand Widening of the foam molded body 5 is prevented and a counterforce is exerted against the displacement force of the displacement body 1 , which leads to compression of the material of the foam molded body 5 displaced to the side and thus leads to a certain degree of energy absorption. In the case of a material of the foam molding 5 with low transverse expansion, such as, for example, the expanded propylene, the jacket 9 can also be dispensed with, which serves to simplify the construction of the impact damper 6 . The jacket 9 can also be formed by the wall of a component in which the foam molded body 5 is inserted and enclosed by this. The section 4 of the displacement body 1 is reduced in cross-section relative to the end of the tip 2 facing away from its displacement direction, as a result of which friction effects can be avoided which would result in an increase in resistance and thus in energy consumption.

Prallbedingt wird der Verdrängungskörper 1 in den Schaumform körper 5 hineinverschoben. Die zwei verschiedenen Anordnungen des Verdrängungskörpers 1 ergeben dabei zwei verschiedene Ver läufe der Widerstandskraft in der Abhängigkeit vom zurückgeleg ten Weg des Verdrängungskörpers 1 im Schaumformkörper 5. Bei der Anordnung, bei der der Verdrängungskörper 1 erst noch in den Schaumformkörper 5 eindringen muss, wird in der Anfangspha se der Schaum mehr verdichtet als verdrängt, so dass es zu ei nem Anstieg des Kraftverlaufes kommt. Wenn nun der Verdrän gungskörper 1 im Schaumformkörper gänzlich eingedrungen ist, verdrängt der Dorn durch die Verschiebebewegung über seine Ver drängungsflächen 10 das von ihm beaufschlagte Schaummaterial hauptsächlich zur Seite, d. h. zum Mantel 9 hin. Die seitliche Verdrängung hat einen nur geringen Komprimierungsgrad des Schaums zur Folge, so dass in dieser mittleren Phase ein nahezu konstanter anstiegsfreier Verlauf zu erwarten ist. Erst wenn der Dorn den Schaumformkörper 5 fast durchdrungen hat und da durch kein Raum zum Verdrängen des Schaumes mehr vorhanden ist, wird der Schaum zusehends axial komprimiert, was in einem er heblichen Kraftanstieg resultiert. Im Falle des eingeschäumten Dorns fällt die anfängliche Verdichtungsphase weg, wodurch der erfahrbare Stoß beim Aufprall von Beginn an über die mittlere Phase hinweg weich ist.Due to the impact, the displacement body 1 is moved into the foam body 5 . The two different arrangements of the displacer 1 result in two different Ver courses of the resistance force depending on the distance th way of the displacer 1 in the foam molding. 5 In the arrangement in which the displacement body 1 still has to penetrate the foam molded body 5 , the foam is more compressed than displaced in the initial phase, so that there is an increase in the force curve. If now the displacement body 1 has completely penetrated into the molded foam body, the mandrel displaced by the displacement movement via its displacement surfaces 10, the foam material acted upon by it mainly to the side, ie to the jacket 9 . The lateral displacement results in only a low degree of compression of the foam, so that an almost constant rise-free course is to be expected in this middle phase. Only when the mandrel has almost penetrated the molded foam body 5 and since there is no more space for displacing the foam, is the foam increasingly compressed axially, which results in a considerable increase in force. In the case of the foamed-in mandrel, the initial compression phase is eliminated, which means that the impact that can be felt during the impact is soft from the start across the middle phase.

Die Höhe der Energieaufnahme und damit die Härte bzw. die Weichheit des Stoßes kann durch unterschiedliche Ausbildungen des Dorns und seiner Verdrängungsflächen 10 je nach Anforde rungsprofil festgelegt werden. So kann die Spitze 2 des Dorns anstatt konisch pfeilförmig auch ballig, sphärisch, pyramiden förmig oder prismatisch ausgebildet sein. Des weiteren kann al lein schon eine Variierung des Anstellwinkels der Verdrängungs flächen 10 bei einer gepfeilten Spitze 2 den Verlauf der Wider standskraft verändern. Weitere gezielte Veränderungsmöglichkei ten zur Festlegung eines bestimmten gewollten Energieaufnahme verlaufes bzw. Verlaufes der Widerstandskraft sind in der Ände rung des Durchmesserverhältnisses zwischen Dorn und Schaumform körper 5, der Dichte und der Struktur des Schaums zu sehen. So ist nach einer weiteren Ausführungsvariante (Fig. 3) im Schaum formkörper 5 eine axial verlaufende schaumfreie Aussparung 11 in Form einer Bohrung oder eines Schlitzes ausgebildet, in die der Verdrängungskörper 1 zumindest mit seiner Spitze 2 ein taucht. Dadurch kann dieser zum einen den Schaumformkörper 5 leichter durchdringen und zum anderen wird die Kompression in axialer Richtung vor dem Verdrängungskörper 1 verringert. Eine weitere Eingriffsmöglichkeit in den Kraftverlauf während des Aufpralls ist nach Fig. 4 eine Vergrößerung des Querschnitts des Schaumformkörpers 5 in die Richtung, in die sich der Ver drängungskörper 1 prallbedingt bewegt. Der Schaumformkörper 5 ist hier keilförmig oder konisch ausgebildet, wodurch infolge des zunehmenden Volumens der Kraftanstieg am Ende des Verschie beweges des Verdrängungskörpers 1 ausgeglichen und somit eine Degression des Kraftverlaufes erreicht wird. Mittels einer oder mehreren der genannten Variierungsmöglichkeiten ist es theore tisch möglich, ein durchgängig konstantes Kraftniveau zu erzie len.The amount of energy consumption and thus the hardness or softness of the shock can be determined by different designs of the mandrel and its displacement surfaces 10 depending on the requirement profile. Thus, the tip 2 of the mandrel can also be spherical, spherical, pyramid-shaped or prismatic, instead of conical arrow-shaped. Furthermore, al alone a variation of the angle of attack of the displacement surfaces 10 with an arrowed tip 2 can change the course of the resistance. Further targeted change options for determining a specific desired energy consumption course or course of the resistance can be seen in the change in the diameter ratio between the mandrel and the molded foam body 5 , the density and the structure of the foam. Thus, according to a further embodiment ( Fig. 3) in the foam molded body 5, an axially extending foam-free recess 11 is formed in the form of a bore or a slot, in which the displacer 1 at least with its tip 2 dips. As a result, on the one hand it can penetrate the molded foam body 5 more easily and on the other hand the compression in the axial direction in front of the displacement body 1 is reduced. A further possibility of intervention in the course of force during the impact is, according to FIG. 4, an enlargement of the cross section of the foam molded body 5 in the direction in which the displacement body 1 moves due to impact. The foam molded body 5 is wedge-shaped or conical here, whereby due to the increasing volume of the increase in force at the end of the displacement movement of the displacer 1 is compensated and thus a degression of the force curve is achieved. By means of one or more of the possible variations mentioned, it is theoretically possible to achieve a consistently constant level of force.

Im übrigen ist es denkbar, den Dorn so zu gestalten, dass er auch Drehmomente übertragen kann, so dass der Pralldämpfer 6 unmittelbar auch mit der Lenkspindel der Fahrzeuglenkung ver bunden sein kann. Des weiteren kann das Ende 3 des Verdrän gungskörpers 1 auch auf der aufprallabgewandten Seite des Schaumformkörpers 5 angeordnet sein. Trotz dieser Seitenvertau schung ergibt sich der gleiche Kraftverlauf, wobei die Seiten vertauschung in den Fällen sinnvoll ist, in denen der Prall dämpfer bestimmten Gegebenheiten der baulichen Umgebung ange paßt werden muß.For the rest, it is conceivable to design the mandrel so that it can also transmit torques, so that the impact damper 6 can also be connected directly to the steering spindle of the vehicle steering system. Furthermore, the end 3 of the displacement body 1 can also be arranged on the side of the foam molded body 5 facing away from the impact. Despite this side confusion, the same force curve results, whereby the side exchange is useful in cases in which the impact damper certain conditions of the building environment must be adjusted.

Schließlich ist eine Anwendung der Pralldämpfers 6 denkbar, der nicht die Aufnahme von Druckkräften sondern von Zugkräften be werkstelligen soll. In Fig. 5 wird die Bewegung des Verdrän gungskörpers 1 entsprechend der Pfeilrichtung gezeigt, wobei der Dorn aus einer Pfeilspitze 12 besteht, die mit einer Zugstange 13 einstückig verbunden ist. Während der Dorn mit seinen Verdrängungsflächen 10 vollständig im Schaumformkörper 5 integriert ist, ragt die Zugstange 13 aus diesem heraus und ist an seinem pfeilspitzenabgewandten Ende 14 beispielsweise mit einer Lenkspindel verbunden, während der ummantelte Schaumform körper 5 am Mantelrohr der Lenksäule befestigt ist. Bei einem Aufprall vollführt die Lenkspindel eine axiale Relativbewegung zum Mantelrohr aus, wodurch die Zugstange 13 mit der unter Zug belastung stehenden Lenkspindel mitgezogen wird. Der Dorn wird damit durch den Schaumformkörper 5 gezogen, wobei der Dorn des sen Material wie gehabt über die Verdrängungsflächen 10 seit lich verdrängt und in axialer Richtung komprimiert.Finally, an application of the impact damper 6 is conceivable, which should not be the absorption of compressive forces but tensile forces be. In Fig. 5, the movement of the displacement body 1 is shown according to the direction of the arrow, the mandrel consisting of an arrowhead 12 which is integrally connected to a pull rod 13 . While the mandrel with its displacement surfaces 10 completely integrated in the foam molded body 5, extends the draw bar 13 out of this, and for example, is connected at its arrowhead distal end 14 with a steering shaft, while the coated foam mold is mounted body 5 on the jacket tube of the steering column. In the event of an impact, the steering spindle executes an axial relative movement to the casing tube, as a result of which the pull rod 13 is pulled along with the steering spindle under tension. The mandrel is thus pulled through the foam molded body 5 , the mandrel of the sen material as usual displaced over the displacement surfaces 10 since Lich and compressed in the axial direction.

Claims

1. impact damper with a rigid molded foam body, characterized in that the impact damper ( 6 ) includes a displacement body ( 1 ) which is arranged in such a way that it can be pushed into the molded foam body ( 5 ) due to the impact and is moved by the sliding movement that it acts upon Foam material of the molded foam body ( 5 ) laterally compressing ver pushes.

2. Impact damper according to claim 1, characterized in that the displacement body ( 1 ) is ausgebil det in the manner of a mandrel.

3. Impact damper according to one of claims 1 or 2, characterized in that the displacement body ( 1 ) is foamed with a first section ( 6 ) in the foam molding ( 5 ) and with a second section ( 7 ) protruding from the foam molding ( 5 ) is.

4. Impact damper according to one of claims 1 to 3, characterized in that an axially extending foam-free recess ( 11 ) is formed in the molded foam body ( 5 ), into which the displacement body ( 1 ) is immersed.

5. Impact damper according to one of claims 1 to 4, characterized in that the cross section of the molded foam body ( 5 ) increases in the direction in which the displacement body ( 1 ) moves due to the impact.

6. Impact damper according to one of claims 1 to 5, characterized in that the foam molded body ( 5 ) is enclosed on its side surfaces ( 8 ) lying outside the impact direction by a solid casing ( 9 ).