DE2154991A1

DE2154991A1 - Vorrichtung zur vernichtung von stossenergie

Info

Publication number: DE2154991A1
Application number: DE19712154991
Authority: DE
Inventors: Johann Peuker
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1971-11-05
Filing date: 1971-11-05
Publication date: 1973-05-10
Also published as: DE2154991B2; DE2154991C3

Description

VorrichtunS zur Vernichtung von Stoßenergie Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Vernichtung von Stoßenergie mit einem ein deformierbares Gut enthaltenden Zylinder und einem bei einem Stoß auf das deformierbare Gut einwirkenden Stempel. Die erfindungsgemäße Vorrichtung soll insbesondere im Rahmen von Fahrzeugen, vornehfflichKraftfahrzeugen, eingesetzt werden, um die Fahrzeuginsassen bei einem Unfall durch Vernichtung zumindest eines Teils der Stoßenergie zu schützen. Der bevorzugte Verwendungszweck der Erfindung ist daher ihr Einsatz im Rahmen einer Stoßfängeranordnung oder aber als energieverzehrendes Glied im Rahmen einer Sicherheitsgurt-Anordnung.
Während man frillier die Auffassung vertrat, die Gefährdung von Fahrzeuginsassen bei einem Aufprall durch Verwendung von federnden Mitteln herabsetzen zu können, geht die moderne Sicherheitstechnik davon aus, daß federnde Mittel im wesentlichen nur eine Speicherung der Stoßenergie bewirken und diese kurzfristig wieder abgeben, so daß nach wie vor eine Gefährdung der Fahrzeuginsassen gegeben ist. Eine derartige Gefährdung kann wirksam nur durch Vorrichtungen herabgesetzt werden, die durch Deformation und/oder Reibung einen Teil der Stoßenergie vernichten.
Soweit bekannte Vorrichtungen zur Vernichtung von Stoßenergie mit einem Zylinder und einem Stempel ausgerüstet sind, der bei einem Stoß auf ein in dem Zylinder enthaltenes Gut einwirkt, verwendet man hydraulische Anordnungen oder solche, die mit Metallwaben als Deformationselement ausgerüstet sind. In diesem Zusammenhang ist auf eine Zusammenstellung auf Seite 18 der Zeitschrift "Automotive Industrien vom 1. Juni 197a zu verweisen.
Während hydraulische Anordnungen insbesondere wegen der erforderlichen Dichtmaßnahmen, die auch über längere Zeit den Austritt der Flüssigkeit aus der Zylinder-Stempel-Anordnung verhindern müssen, relativ teuer sind und ebenso wie die Wabenanordnungen - letztere infolge der eingeschlossenen Buftvolumina - eine gewisse Federwirkung zeigen, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die in wirksamem Maße einen echten Energieverzehr bei einem Aufprall bewirkt, billig herzustellen ist und auch nach einem Unfall durch einfache Maßnahmen wieder betriebsbereit gemacht werden kann. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß das deformierbare Gut Mahlkörper aus sprödem Material enthält, die sich bei einem Stoß aneinander reiben.
Während also die bekannten, mit Metallwaben ausgerüsteten Vorrichtungen als deformierbares Gut ein solches enthalten, das durch echte Formänderungen, nämlich Bieeeprozesse, die erstrebte Energievernichtung vornimmt, liegt der erfindungsgemäßen Vorrichtung ein anderes Prinzip zugrunde, nämlich das der Verwendung von bei einem Stoß sich aneinander reibenden Mahlkörpern, die auch zu Teilkörpern zerfallen können. Auch diese Teilkörper reiben sich im weiteren Verlauf der Energievernichtung aneinander, so daß ein echterMahlvorgang mit fl.jergiever nichtung durch Reibung vorliegt.
Verständlicherweise gibt es eine Vielzahl von Ausführungsmöglichieiten für die erfindungsgemäße Vorrichtung.
So können im Zylinder und/oder im Stempel und/oder zwischen Zylinder und Stempel nur für bis zu einer vorgegebenen maximalen Größe zermahlene Bruchstücke dimensionierte Durchlässe vorgesehen sein. Diese Ausführungsform der Erfindung trägt der Tatsache Rechnung, daß sich insbesondere bei sehr fein zermahlenen Bruchstücken und kleinen Durchmessern der Teile der Vorrichtung ein Verstopfungseffekt ergeben kann, der die weitere Relativbewegung zwischen dem Stempel einerseits und dem Zylinder andererseits behindern kann Dabei trägt beispielsweise der Stempel über einen Schaft eine Fahrzeugstoßstange, während der Zylinder am Chassis des Fahrzeuges angelenkt ist.
Es sei jedoch bemerkt, daß derartige Durchlässe nicht unbedingt erforderlich sind, wie überhaupt die Erfindung die Möglichkeit bietet, durch verschiedenartige konstruktive Ausgestaltung des Erfindungsprinzips eine Anpassung an die Erfordernisse verschiedenartiger Einsatzfälle vorzunehmen.
In diesem Sinne liegt es, daß die Mahlkörper im Zylinder unverbunden, also als Schüttgut eingefüllt, liegen können, aber andererseits zumindest ein Teil der Mahlkörper auch mechanisch verbunden sein kann. Insbesondere in dem erstgenannten Fall haben sich als Mahlkörper Mikroglaskugeln als vorteilhaft erwiesen, die beispielsweise einen Durchmesser von 0,8 mm besitzen.
Auch für den zweiten Fall, nämlich die Verwendung von mechanisch miteinander verbundenen Mahlkörpern, gibt es verschiedene Möglichkeiten, die beispielsweise die Erzielung eines bestimmten Verlaufs des Maßes des Energieverzehrs während der Zeitdauer des Stoßes einzustellen gestatten.
Verständlicherweise ist eine derartige Variierung auch bei Verwendung von unverbundenen Mahlkörpern möglich, beispielsweise dadurch, daß man in Richtung der Achse der Vorrichtung verschiedene Lagen von Mahlkörpern mit unterschiedlichem Durchmesser und/oder unterschiedlicher Sprödigkeit vorsieht.
Bei Verwendung von miteinander verbundenen Mahlkörpern können diese beispielsweise auf einemiDraht oder einem anderen biegsamen Träger aufgezogen sein, so daß sich hierdurch zusammengesetzte Körper aus einer Vielzahl in loser Verbindung stehender Mahlkörper ergeben. Dabei können beispielsweise mehrere Mahlkörper durch Verkitten oder dergleichen zu ringförmigen Körpern zusammengefaßt sein, und durch die Öffnungen der Ringe ist der biegsame Träger hindurchgezogen.
Eine andere Ausführungsform für verbundene Mahlkörper zeichnet sich dadurch aus, daß die Mahlkörper zu zumindest einem Verbundkörper durch Vergießen, Sintern oder dergleichen zusammengefaßt sind. Bei einem Aufprall zerfällt unter der Einwirkung des Stempels dieser Verbundkörper, die einzelnen Mahlkörper werden frei, werden ihrerseits zumindest zum Teil zerquetscht und ihreBruchstücke zermahlen sich anschließend gegenseitig. In der Regel wird man diese Ausführungsform so verifizieren, daß der Verbundkörper aus den Mahlkörpern und einem diesen zusammenhaltenden Material besteht, das Sollbruchstellen zwischen den Mahlkörpern bildet. Das Material ist also in der Regel erheblich weicher als die eigentlichen Mahlkörper.
Diese Sollbruchstellen können aber außer durch die Naterialwahl auch auf mechanischem Wege hergestellt werden, indem der Verbundkörper Zonen verringerter Stärke als Sollbruchstellen aufweist. Auch hier ergibt sich wiederum eine Vielzahl von Möglichkeiten, um die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung den Anforderungen des individuellen Einzelfalls anzupassen. So können die Zonen verringerter Stärke jeweils in einer Ebene liegen und geschlossen sein. Bei einem zylindrischen Verbundkörper haben die Zonen dann die Form von Kreisringen.
Sie können aber auch Spirälform besitzen oder parallel zur Achse der Vorrichtung verlaufen. Gegebenenfalls können die letztgenannten Merkmale miteinander kombiniert werden, beispielsweise so, daß zwischen den Sollbruchzonen etwa pyramidenförmige Körper liegen. In der Regel wird man den Verbundkörper eine Konfiguration mit zentraler Ausnehmung, also beispielsweise einen Hohlzylinder, bilden lassen. Es können auch mehrere Verbundkörper zu ei nem derartigen Hohlkörper zusammengesetzt sein. Ebenfalls im Sinne einer gelenkten Steuerung des Verlaufs der Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung während des Ablaufs des Stoßvorganges kann eine Variation der Wandstarke des Hohlkörpers Iängs der Achse der Vorrichtung vorgenommen werden.
Verständlichervreise gibt es auch eine Vielzahl von Nateralien, die für die Mahlkörper Verwendung finden können. Glas war bereits genannt; ein anderes geeignetes Naterial ist Silikat. Für die Verbundmasse bei Herstellung eines Verbundkörpers, der die Mahlkörper enthält, epfiehlt sich beispielsweise ein Alkydharz.
Grundsätzlich ist die Erfindung verständlicherweise auch einsetzbar im Rahmen stationärer Anordnungen, beispielsweise bei einem Prellbock, der vor übermäßigen Stoßbeanspruchungen geschützt werden soll.
Die Figuren dienen zur Veranschaulichung von acht Ausführungebeispielen der Erfindung, wobei die Figuren 1 bis 7 Längsschnitte, dagegen Figur 8 eie perspektivische Ansicht darstellen.
In dem AusfülfflungsbeJspiel nach Figur 1 besteht der Zylinder aus dem hlittelte.il t und den beiden Deckelteilen 2 und 3, von denen das erstgenannte - außer einem Durchtritt für den Schaft 4 des Stempels 5 - beispielsweise sechs Löcher 6 zum Durchtritt der zerriebenen Mahlkörper aufweist, während das andere Deckelteil 3 die mit der Verschlußschraube 7 verschlossene Einfüllöffnung 8 für die Mahlkörper enthält. Der Innenraum 9 des Zylinders 1, 2, 3 ist mit in der Figur nicht dargestellten Mahlkörpern gefüllt, die beispielsweise durch Mikroglaskugeln gebildet sein können. Wesentlich für diese Ausfünrungsform der Erfindung ist ferner, daß zwischen dem äußeren Umfang des in Richtung des Pfeiles 10 bei einem Stoß beanspruchten Stempels 5 einerseits und der Innenwand des Zylinderteils 1 andererseits ein Zwischenraum 11 verbleibt, durch den bei einem Aufprall die Mahlkörper lindure hge quetschtwerden0 Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß grundsätzlich auch auf die Öffnungen 6 zum Durchtritt des unter einen maximalen Durchmesser zermahlenen Gutes verzichtet werden kann. Ein entsprechendes Ausführungsbeispiel zeigt Figur 2. Dort besteht der Zylinder wiederum aus drei Tellen 20, 21 und 22, die aber jetzt keine Durchtrittsöffnungen für das zermahlene Gut 23 aufweisen. Der Stempel 24 ist an seinem äußeren Umfang mit Durchlässen 25 in von dem Einzelfall und der gewählten Größe der Mahlkörper abhängiger Anzahl versehen. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung so angeordnet, daß bei einem Aufprall der Stempel 24 über seinen Schaft 26 in Richtung des Pfeiles 27 auf den oberen Deckel 21 der Zylinderanordnung hin gezogen wird.
Eine Reparatur der Vorrichtungen nach den Figuren 1 und 2 nach einem Aufprall ist zumindest bei Einhaltung einer vorgegebenen Aufprall intensität in einfacherWeise dadurch möglich, daß eine neue Füllungdes Zylinders mit Mahlkörpern vorgenommen wird.
In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 3 befindet sich in dem Zylinder 30, der in seinem unteren Bereich mit der Durchtrittsöffnung 31 für die zerriebenen Mahlkörper versehen ist und dem der Stempel 32 zugeordnet ist, eine Vielzahl von in diesem Ausführungsbeispiel ringförmigeslMahlkörB per33, von denen jeweils mehrere auf biegsame Träger 34 aufgezogen sind, so daß jeweils mehrere Mahlkörper 33 lose zu ringförmigen Körpernzusammengefaßt sind. Diese Mahlkörper 33 können ihrerseits bereits Verbundkörper darstellen, die beispielsweise durch 7.usaemenbackenmehrerer Mikroglaskugeln hergestellt sind. Insgesamt~ergibt sich eine hohlzylinderförmige Anordnung von Körpern 33, und in diesem Ausführungsbeispiel besitzt der Stempel 92 eine konische Wirkungsfläche 35, so daß er die oberste Lage von Körpern 33 an ihrem inneren Umfang berührt. So werden bei einem Stoß in Richtung des Pfeiles 36 sukzessive die Körper 33 der verschiedenen Lagen zwischen der Innenfläche des Zylinders 30 einerseits und der konischen Wirkungsfläche 35 des Stempels 32 andererseits zerstört und zerrieben.
Damit das fein zerriebene Gut nicht zu einer harten Schicht zusammengequetseht wird, die einen weiteren Energieverzehr zumindest behindern kann, ist auf der dem Stempel 32 entgegengesetzten Seite des Zylinders 30 die Öffnung 31 vorgesehen, die so dimensioniert ist, daß fein zermahlenes Gut aus dem Zylinder entweichen kann.
In dem iusführungsbeispielnach Figur 4 ist man bezüglich der Zusammenfassung einer Vielzahl von Mahlkörpern noch weiter gegangen. Dort bilden die Mahlkörper nämlich durch Verwendung beispielsweise eines Alkydharzes als Yerbindungsmittel einen im wesentlichen hohlzylinderförmigen Verbundkörper 40, der wiederum in den Zylinder 41 eingesetzt ist und unter der Wirkung des Stempels 42 steht. Wiederum weist der Zylinder an seinem in der Figur unteren Ende eine Durchtrittsöffnung 43 zu dem bereits erläuterten Zweck auf.
Zur Steuerung der Festigkeit des als Einsatzkörper ausgebildeten Verbundkörpers 40 besitzt dieser eine in Stoßrichtung (Pfeil 44) zunehmende Wandstärke. Derselbe Effekt kann auch dadurch erreicht werden, daß die eingebetteten Mahlkörper 45 eine in Richtung der Achse der Vorrichtung variierende Wandstärke besitzen oder aus Materialien unterschiedlicher Sprödigkeit hergestellt sind.
In dem Busfuhrungsbeispielnach Figur 5 liegt wiederum ein in die durch den Zylinder 50 und den Stempel 51 gebildete Anordnung eingesetzter Verbundkörper 52 vor, der ähnlich wie der Verbundkörper 40 in Figur 4 aufgebaut ist.
In diesem AusfUhrungsbeispiel ist der Hohlkörper 52, dessen Gestalt die Wirkungsfläche 53 des Stempels 51 angepaßt ist, auf seinem äußeren Umfang durch Vertiefungen, die kreisringförmig über den Umfang verlaufen, mit Sollbruchstellen 54 versehen. Hier erfolgt bei einem Aufprall also zunächst eine Zerstörung des Verbundkörpers 52 in Teilkörper, die bereits für sich als Mahlkörper angesprochen werden können; in dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind aber noch kleinere Mahlkörper vorhanden, so daß noch ein zweiter Zertriimmerungsvorgang erfolgt. Daraufhin erfolgt ein Zermahlen der Bruchstücke.
In dem Ausführungsbeispiel nach Figur 6 ist in den Zylinder 60, dem der Stempel 61 zugeordnet ist, ein Verbundkörper 62 eingesetst, dessen Innenwand 63 etwas konisch verläuft, so daß die Wandstärke des Verbundkörpers 62 in Stoßrichtung (Pfeil 64) zunimmt. Weiterhin trägt der Verbundkörper 62 auf seinem äußeren Umfang durch spiralförmige Nuten 65 gebildete Sollbruchstellen.
Figur 7 zeigt einen in den Zylinder 70, dem der Stempel 71 zugeordnet ist, eingesetzten Verbundkörper 72, dessen äußerer Mantel sowohl ringförmige Nutzen 73 als ahch im wesentlichen parallel zur Achse der Vorrichtung verlaufende Langsnuten 74 trägt. Durch diese sich schneidenden Nutenkonfigurationen entstehen auf der Außenfläche des Verbundkörpers 72 etwa pyramidenförmige Anordnungen, die mit 74 a bezeichnet sind. Diese Anordnungen werden, wie im unteren Teil der Figur im Bereich der Öffnung 75 des Zylinders dargestellt, bei einem in Richtung des'Pfeils 76 erfolgenden Aufprall voneinander getrennt und gegenseitig zermahlen.
Auch hier kann in den Verbundkörper 72 wiederum eine Vielzahl kleiner Mahlkörper eingebettet sein, so daß zunächst eine zweifache Zertrümmerung, nämlich in die Anordnungen 74 und darauf die einzelnen Mahlkörper, erfolgt, wobei sowohl die Anordnungen 74 als auch später die eindenen Mahlkörper sich aneinander reiben.
Figur 8 schließlich zeigt ein Segment eines Verbundkörpers, der im zusammengesetzten Zustand schließlich wieder die Form eines Hohlzylinders besitzt. Mehrere dieser Segmente sind also so aufeinander abgestellt, daß sie zu einem geschlossenen Hohlzylinder zusammengesetzt werden können. Das Segment selber trägt das Bezugszeichen 80; es ist im Bereich seiner Innenwand mit den Ebenen senkrecht zur Achse der Anordnung verlaufenden Nuten 81, dagegen auf seinem Außenmantel mit Längsnuten 82 versehen; diese verschiedenen Nuten dienen als Sollbruchstellen bei der Zertrümmerung des Teilkörpers 80.
Mannigfache Ergänzungen und Abwandlungen sind möglich.
So kann in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 1 der Stempel 5 mit seitlichen Führungsstegen versehen sein, die bei einem Stoß auf der Innenwand des Zylinders 1 gleiten.
Das Füllen des Zylinders 1 sollte unter Erschütterung des Zylinders 1 (Vibrieren) erfolgen, damit ein dichtes Aufeinanderliegen der Mahlkörper erzielt wird. Die Reibung kann auch durch ein Pulver, z. B. ein Metallpulver, wie Nolybdändisulfid, zwischen den Mahlkörpern örtlich gesteuert werden.

Claims

ANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Vernichtung von Stoßenergie mit einem ein deformierbares Gut enthaltenden Zylinder und einem bei einem Stoß auf das deformierbare Gut einwirkenden Stempel, dadurch gekennzeichnet, daß das deformierbare Gut Mahlkörper (z.B. 40) aus sprödem Material enthält, die sich bei einem Stoß aneinander reiben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Zylinder (30) und/oder im Stempel (24) und/oder zwischen Zylinder (1) und Stempel (5) nur für bis zu einer vorgegebenen maximalen Größe zermahlene Bruchstücke dimensionierte Durchlässe (31; 25; 11) vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlkörper (23) im Zylinder unverbunden liegen.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil. der Mahlkörper (33) mechanisch verbunden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung der Mahlkörper (33) durch Auf ziehen derselben auf einen biegsamen Träger (34j hergestellt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlkörper (45) zu zumindest einem Verbundkörper (40) zusammengefaßt sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundkörper (40) aus den Mahlkörpern (45) und einem diese zusammenhaltenden Material besteht, das Sollbruc1lstellen zwischen den Mahlkörpern (45) bildet.

8. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbundkörper (52) Zonen (54) verringerter Stärke als Sollbruchstellen aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen (54) verringerter Stärke jeweils in einer Ebene liegen und geschlossen sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen (65) verringerter Stärke Spiralform besitzen.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Zonen (74) verringerter Stärke parallel zur Achse der Vorrichtung verlaufen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Verbundkörper eine Konfiguration (62) mit zentraler Ausnehmung bildet bzw. bilden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandstärke der Konfiguration (62) längs der Achse variiert.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Konfiguration (52) zumindest ungefähr die Form eines Hohlzylinders besitzt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verteilung der Mahlkörper (45) in dem sie zusammenhaltenden Material längs der Achse der Vorrichtung variiert.

16. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe der Mahlkörper (45) längs der Achse der Vorrichtung variiert.

17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Festigkeit und/oder Aufeinanderfolge der Sollbruchstellen (54) längs der Achse der Vorrichtung variiert.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlkörper (45) aus Silikat be stehen.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Mahlkörper (45) Mikroglaskugeln sind.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroglaskugeln einen Durchmesser von 0,8 mm besitzen.

21. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Mahlkörpern (3) ein reibungsänderndes Pulver liegt.

22. Vorrichtung nach Anspruch 7, 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das die Mahlkörper (45) zusammenhaltende Material ein Kunststof , insbasondere ein Alkydharz, ist.

23. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß sie Bestandteil einer ßtcßfängeranordnungeines Fahrzeuges, insbesondere Kraftfahrzeuges, ist.

24. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß sie als energieverzehrendes Glied im Rahmen einer Sicherheitsgurt-Anordnung eingesetzt ist.

L e e r s e i t e