DE19522911B4

DE19522911B4 - Aufpralldämpfer mit einem reversiblen Pralldämpfer und einem irreversiblen Deformations-Dämpfer

Info

Publication number: DE19522911B4
Application number: DE1995122911
Authority: DE
Inventors: Edgar Prottengeier; Wolfgang Nagl
Original assignee: Suspa Holding GmbH
Current assignee: Suspa Holding GmbH
Priority date: 1995-06-23
Filing date: 1995-06-23
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2015-06-24
Also published as: DE19522911A1

Abstract

Aufpralldämpfer,
– mit einem reversiblen Pralldämpfer (A, A'), der ein mit einem Dämpfungsmedium, insbesondere kompressiblem Feststoff (10) gefülltes Gehäuse (1, 1') aufweist, in dem eine Kolbenstange (5, 5') in Richtung einer Mittel-Längs-Achse (4) des Gehäuses (1, 1') verschiebbar angeordnet ist,
– mit einem dem reversiblen Pralldämpfer (A, A') nachgeordneten irreversiblen Deformations-Dämpfer (B, B'), der ein auf dem Gehäuse (1, 1') verschiebbares Tragrohr (15, 15') aufweist, in dem mit dem Pralldämpfer (A, A') in Kontakt bringbare irreversible Dämpfungseinrichtungen angeordnet sind,
– und mit dem Pralldämpfer (A, A') einerseits und dem Deformations-Dämpfer (B, B') andererseits zugeordneten Befestigungselementen (2, 2'; 16, 16') zur Einleitung von zu dämpfenden Kräften,
dadurch gekennzeichnet,
– dass als irreversible Dämpfungseinrichtung im Tragrohr (15, 15') ein dieses im Querschnitt im Wesentlichen ausfüllendes, aus Metallschaum bestehendes Deformationselement (18, 18') angeordnet ist, das mit dem Gehäuse (1, 1') oder der Kolbenstange (5, 5') in Deformationsanlage bringbar...

Description

Die Erfindung betrifft einen Aufpralldämpfer nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bei derartigen aus der DE 40 28 448 A1 (entsprechend US-Patent 5 181 589) bekannten Aufpralldämpfern besteht der Deformations-Dämpfer aus einem relativ zum Gehäuse in Richtung der Achse verschiebbaren Gleitrohr mit nach innen gerichteten, rück-verformbaren Vorsprüngen und einem Deformations-Kolben, der einerseits gegen die Kolbenstange und andererseits gegen die Vorsprünge abgestützt ist. Wenn bei einem Aufprall die Kolbenstange reversibel in das Gehäuse eingefahren ist, und der Deformations-Kolben gegen das Gehäuse anliegt, wird er relativ zum Gleitrohr verschoben, wodurch die Sicken rückverformt werden. Hierbei wird irreversible Deformationsarbeit geleistet, d.h. Aufprallenergie wird irreversibel in plastische Rück-Verformung der Sicken umgesetzt. Dieser bekannte Aufpralldämpfer hat sich in der Praxis bewährt.

Aus der DE 2 222 885 A1 ist eine Kolben-Zylinder-Einheit bekannt, die einen in einem Zylinder geführten Kolben aufweist. In dem Zylinder ist ein fließfähiges Medium vorgesehen, das beispielsweise ein thermoplastischer Kunststoff in Granulatform sein kann.

Ein aus der US 3 380 557 bekannter dreistufiger Dämpfer umfasst einen Zylinder und einen in dem Zylinder verschiebbar geführten Kolben. Der Dämpfer weist einen Gummi-Dämpfer-Abschnitt, einen Blei-Dämpfer-Abschnitt und einen Aluminiumpartikel-Dämpfer-Abschnitt auf.

Der Veröffentlichung „Metallschaum – ein Werkstoff mit Perspektiven" von J. Banhart, J. Baumeister und M. Weber aus der ALUMINIUM, 70. Jahrgang, 1994, Seiten 209 bis 212 ist die Verwendung von Aluminium-Schaum als Aufprallschutz zu entnehmen. Eine mögliche Integration von Aluminium-Schaum in einem Aufpralldämpfer ist aus dieser Veröffentlichung nicht bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aufpralldämpfer der gattungsgemäßen Art zu schaffen, der in seinem konstruktiven Aufbau besonders einfach ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 gelöst. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird erreicht, dass der ohnehin vorhandene reversible Pralldämpfer im wesentlichen nur durch ein Deformationselement ergänzt wird, das in dem ohnehin vorhandenen Tragrohr angeordnet wird und das nach einer vorangegangenen reversiblen Dämpfung zusammengepresst wird. Das aus Metallschaum bestehende Deformationselement absorbiert bei einer Stauchung unter Zerstörung seiner Porenstruktur in erheblichem Maße Energie und setzt diese in Wärme um.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Der Metallschaum kann zusätzlich noch durch Dämpfungskanäle aus dem Tragrohr ausgepresst werden.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen
1 einen Längsschnitt durch einen Aufpralldämpfer,
2 ein Weg-Kraft-Diagramm des Aufpralldämpfers nach 1,
3 einen Längsschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Aufpralldämpfers,
4 ein Weg-Kraft-Diagramm des Aufpralldämpfers nach 3.
Der in 1 dargestellte Aufpralldämpfer besteht aus einem reversiblen Pralldämpfer A und einem irreversiblen Deformations-Dämpfer B. Der Pralldämpfer A weist in üblicher Weise ein zylindrisches Gehäuse 1 auf, an dessen einem geschlossenen Ende ein rohrförmiges Befestigungselement 2 angebracht ist, mittels dessen der Dämpfer beispielsweise mit der Stoßstange eines Kraftfahrzeugs verbunden werden kann.
Im Gehäuse 1, und zwar fluchtend mit dessen Mittel-Längs-Achse 3, ist ein Dämpfungs-Kolben 4 angeordnet und in Richtung der Achse 3 verschiebbar. Am Kolben 4 ist eine Kolbenstange 5 befestigt, die durch eine gleichzeitig als Verschlußdeckel für das Gehäuse 1 dienende Führung 6 koaxial aus dem Gehäuse 1 herausgeführt ist. Die Führung 6 ist mittels einer in eine umlaufende Nut 7 eingedrückten Sicke 8 des Gehäuses 1 mit letzterem axial unverschiebbar verbunden. Der Innenraum 9 des Gehäuses 1 ist mit einem kompressiblen Feststoff 10 gefüllt. Derartige kompressible Feststoffe sind beispielsweise aus der US 3 053 526 bekannt. Sie sind marktgängig, beispielsweise unter der Handelsmarke "Silastic" der Dow-Corning Corporation, USA Sie werden beispielsweise in Aufprallstoßdämpfern für Automobile eingesetzt, wie sie aus der DE 21 49 759 C3 bekannt sind. Derartige kompressible Feststoffe sind reversibel kompressibel, d.h, ihr Volumen verringert sich unter Druck, und zwar zunehmend mit entsprechender Erhöhung des Druckes. Bei Druckentlastung nehmen sie wieder ihr ursprüngliches Volumen ein. Insgesamt haben sie also auch entsprechende elastische Eigenschaften.
Der Dämpfungs-Kolben 4 weist Dämpfungskanäle 11 auf, durch die der Feststoff 10 bei einem Eindrücken der Kolbenstange 5 mit dem Kolben 4 in das Gehäuse 1 hinein unter Erzeugung entsprechend hoher Dämpfungskräfte hindurchgepreßt wird. Diese Dämpfungskanäle 11 sind in Form von Bohrungen ausgeführt. Im Innenraum 9 ist weiterhin vor der Führung 6 eine Doppel-Dichtung 12 angeordnet, die einerseits gegen die Kolbenstange 5 und andererseits gegen die Innenwand 13 des Gehäuses 1 abdichtet. Pralldämpfer A bzw. Feststoffdämpfer, wie sie bisher beschrieben sind, sind aus der DE 21 49 759 C3 bekannt.
Im Bereich der Führung 6 ist auf dem Außenumfang des Gehäuses 1 eine Führungsbüchse 14 in Richtung der Achse 3 verschiebbar angeordnet und geführt, auf der ein Tragrohr 15 verschiebbar angeordnet ist. Am Tragrohr 15 ist ein als Flansch ausgebildetes Befestigungselement 16 ange bracht, mittels dessen das Tragrohr 15 des Aufpralldämpfers beispielsweise am Rahmen eines Kraftfahrzeuges befestigt wird.
An dem dem Dämpfungs-Kolben 4 entgegengesetzten, außerhalb des Gehäuses 1 liegenden Ende der Kolbenstange 5 ist diese in einer als Deformations-Kolben 17 ausgebildeten Widerlagerplatte abgestützt. Der Deformations-Kolben 17 liegt gegen ein Deformationselement 18 an, das als Zylinderkörper ausgebildet ist und sich gegen eine Bodenplatte 19 abstützt, mittels derer das Tragrohr 15 an dem dem Befestigungselement 2 entgegengesetzten Ende verschlossen ist.
Das Deformationselement 18 besteht aus Metallschaum, und zwar bevorzugt Aluminiumschaum mit einer Dichte von 0,3 bis 1,2 g/cm³. Das entsprechend dem Innenquerschnitt des Tragrohres 15 zylindrisch ausgebildete Deformationselement 18 füllt den durch den Deformations-Kolben 17, die Bodenplatte 19 und das Tragrohr 15 begrenzten Raum vollständig aus. Die Herstellung und die Energieabsorption in Abhängigkeit von der Stauchung solcher Aluminiumschäume sind aus der Zeitschrift "ALUMINIUM" 70. Jahrgang 3/4 März/April 1994, Seiten 209 bis 212 bekannt. In der Bodenplatte 19 können noch ein oder mehrere Dämpfungskanäle 20 enthalten sein, durch die durch eine Kompression zerstörter Aluminiumschaum abfließen kann.
Wenn über die Befestigungselemente 2 und 16 Kräfte F aufgebracht werden, die die Kolbenstange 5 mit Kolben 4 in das Gehäuse 1 hinein zu schieben trachten, dann wird das Tragrohr 15 auf dem Gehäuse 1 in Richtung der Achse 3 zum Befestigungselement 2 hin verschoben, wobei gleichzeitig die Kolbenstange 5 den Dämpfungs-Kolben 4 in den kompressiblen Feststoff 10 hineindrückt, wodurch in üblicher Weise reversible Dämpfungskräfte erzeugt werden. Der Deformations-Kolben 17 ändert hierbei seine relative Lage zum Tragrohr 15 nicht. Im Grenzfall erfolgt diese Einschubbewegung der Kolbenstange 5 mit Kolben 4 in das Gehäuse 1, bis der Deformations-Kolben 17 zur Anlage am Gehäuse 1 kommt. Wenn die auf den Aufpralldämpfer aufgebrachte Aufprallenergie in diesem Stadium noch nicht vom reversiblen Pralldämpfer A aufgezehrt ist, dann wird der Deformations-Kolben relativ zum Tragrohr 15 in Richtung zur Bodenplatte 19 verschoben, wobei das Deformationselement 18 unter Zerstörung seiner Porenstruktur zusammengedrückt, also gestaucht wird. Je nach Dichte des Aluminiumschaums kann das Deformationselement 18 in erheblichem Umfang gestaucht werden. In 1 ist der Verlauf der Dämpfungskraft F über dem Weg S aufgetragen, wobei der reversible Hub des Pralldämpfers A mit a bezeichnet ist, während der irreversible Hub des Deformations-Dämpfers B mit b bezeichnet ist. Darüber hinaus wird über einen Hub c der zerstörte Metallschaum durch den oder die Dämpfungskanäle 20 ausgepreßt.
In 2 sind in einem Diagramm die über diesen Hüben a und b und c auftretenden Dämpfungskräfte F aufgetragen. Es ist erkennbar, daß die vom Deformations-Dämpfer B aufgebrachten Dämpfungskräfte größer sind als die vom reversiblen Pralldämpfer A aufgebrachten Dämpfungskräfte F.
In 3 ist wiederum ein Aufpralldämpfer dargestellt, der sich in vielen Bereichen nur in konstruktiven Details von dem Aufpralldämpfer nach 1 unterscheidet. Für funktionell gleiche, konstruktiv andere Teile werden daher dieselben Bezugsziffern wie in 1, jedoch mit einem hochgesetzten Strich verwendet, ohne daß es in jedem Fall einer erneuten Beschreibung bedarf.
Bei der Ausführungsform nach 3 ist die Kolbenstange 5' des reversiblen Pralldämpfers A' in einer das Tragrohr 15' verschließenden Bodenplatte 19' mittels einer Schraubverbindung 21 festgelegt. Im Tragrohr 15' ist ein Deformationselement 18' angeordnet, das eine mittlere Öffnung 22 aufweist, das also ringzylindrisch ausgebildet ist. Diese Öffnung 22 wird von der Kolbenstange 5' durchsetzt. Im übrigen liegt auch dieses Deformationselement 18' gegen die Bodenplatte 19' an. Bei ausgefahrenem Aufpralldämpfer ist entsprechend der Darstellung in 3 ein Hub a' des reversiblen Pralldämpfers A' vorgesehen. Wenn dieser Hub a' vom Gehäuse 1' überfahren ist, kommt dieses zur Anlage an dem Deformationselement 18'. Dieses kann über einen Hub b' gestaucht werden, wobei die geschilderten Effekte eintreten. Auch hier können ein oder mehrere Dämpfungskanäle 20' in der Bodenplatte 19' ausgebildet sein. Der Wirkungsmechanismus unterscheidet sich insoweit von dem der Ausführung nach 1, als über dem Hub b' nicht nur das Deformationselement 18' gestaucht wird, sondern auch die Kolbenstange 5' weiter unter Kompression des kompres siblen Feststoffes in das Gehäuse 1' eingeschoben wird. In diesem Bereich findet also eine Überlagerung von reversibler Dämpfung und irreversibler Dämpfung statt. In 4 sind auch hier die Dämpfungskräfte F dargestellt, wobei über dem Hub c' die Dämpfungskraft aufgetragen ist, die beim Auspressen des zerstörten Metallschaumes durch das oder die Dämpfungskanäle 20' auftritt, wobei auch hier noch eine reversible Dämpfung im Pralldämpfer A' auftritt.

Claims

Aufpralldämpfer, – mit einem reversiblen Pralldämpfer (A, A'), der ein mit einem Dämpfungsmedium, insbesondere kompressiblem Feststoff (10) gefülltes Gehäuse (1, 1') aufweist, in dem eine Kolbenstange (5, 5') in Richtung einer Mittel-Längs-Achse (4) des Gehäuses (1, 1') verschiebbar angeordnet ist, – mit einem dem reversiblen Pralldämpfer (A, A') nachgeordneten irreversiblen Deformations-Dämpfer (B, B'), der ein auf dem Gehäuse (1, 1') verschiebbares Tragrohr (15, 15') aufweist, in dem mit dem Pralldämpfer (A, A') in Kontakt bringbare irreversible Dämpfungseinrichtungen angeordnet sind, – und mit dem Pralldämpfer (A, A') einerseits und dem Deformations-Dämpfer (B, B') andererseits zugeordneten Befestigungselementen (2, 2'; 16, 16') zur Einleitung von zu dämpfenden Kräften, dadurch gekennzeichnet, – dass als irreversible Dämpfungseinrichtung im Tragrohr (15, 15') ein dieses im Querschnitt im Wesentlichen ausfüllendes, aus Metallschaum bestehendes Deformationselement (18, 18') angeordnet ist, das mit dem Gehäuse (1, 1') oder der Kolbenstange (5, 5') in Deformationsanlage bringbar ist.
Aufpralldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tragrohr (15, 15') mit einem Boden (19, 19') abgeschlossen ist, gegen den das Deformationselement (18, 18') anliegt.
Aufpralldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (5) über einen Deformations-Kolben (17) gegen das Deformationselement (18) anliegt.
Aufpralldämpfer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (5') eine mittige Öffnung (22, 22') des Deformationselementes (18') durchsetzt und am Tragrohr (15') befestigt ist und dass das Gehäuse (1') mit dem Deformationselement (18') in Deformationsanlage bringbar ist.
Aufpralldämpfer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenstange (5') am Boden (19') befestigt ist.
Aufpralldämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (18, 18') aus Aluminiumschaum besteht.
Aufpralldämpfer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Aluminiumschaum eine Dichte von 0,3–1,2 g/cm³ hat.
Aufpralldämpfer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Tragrohr (15, 15') mindestens ein Dämpfungskanal (20, 20') ausgebildet ist.