DE2230885A1 - Friktionsgelenk - Google Patents

Description

Anmelder: Alderson Research Laboratories, Inc., Stamford, Connecticut, USA

Friktionsgelenk

Die Erfindung betrifft ein Friktionsgelerik für Versuchspuppen.

Zum Zwecke der Erhöhung der Sicherheit von Kraftfahrzeugen bei Verkehrsunfällen werden zahlreiche Testversuche durchgeführt, um die Vorgänge bei Zusammenstößen zu prüfen. Derartige Testfahrzeuge enthalten mit M eßinstrumenten versehene Insassen, um deren Gefährdung bei Zusammenstößen feststellen zu können. Da diese Testversuche für Insassen gewöhnlich zu gefährlich sind, finden Testpuppen Verwendung, die auch bei der Entwicklung anderer Rettungssysteme benutzt werden, beispielsweise bei der Erprobung von Schleudersitzen für Flugzeuge.

Die Brauchbarkeit der Ergebnisse derartiger Testversuche mit Testpuppen hängt direkt von dem Ausmaß ab, in dem durch die Testpuppen die Eigenschaften des menschlichen Körpers simuliert werden können. Bei dieser Simulation sind z.B. Größe und Umriß, Gliederbau, Bewegungsbereiche, Masseverteilung in den verschiedenen Körperteilen, Schwerpunkt und Trägheitsmomente von Interesse.

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Diese Parameter bestimmen das kinematische Verhalten des menschlichen Körpers und der Testpuppe bei sehr hohen Beschleunigungen oder Verzögerungen. Der Trägheitswiderstand der Testpuppe muß demjenigen des menschlichen Körpers bei geringeren Beschleunigungen annähern. Es ist ferner erforderlich, da/3 dieser Widerstand bei den verschiedenen Versuchen rekonstruierbar ist_# damit die Versuchsergebnisse miteinander verglichen und zusammengefaßt werden können.

Bisher wurde der Bewegungswiderstand durch einfache Friktionselemente simuliert, die sich in dem Gliederbau befinden und durch Reibungskräfte einen Bewegungswiderstand verursachen. Bisher fanden Kugelgelenke mit verstellbaren Einrichtungen zum Einklemmen der Kugel, oder Gelenke Verwendung, bei denen parallel verlaufende Stangen an einem gemeinsamen Schaft angelenkt sind, zwischen welchen Frequenzscheibeη vorgesehen sind. Als Schäfte fanden im allgemeinen Schrauben Verwendung, bei deren Anziehen unterschiedliche Reibungskräfte zwischen den Friktionsscheiben verursacht werden können. Derartige Gelenke benötigen jedoch eine sehr genau parallele Anordnung der Gelenkstangen. Es ist aber verhältnismäßig schwierig, eine genaue parallele Anordnung zu erzielen, weil die Skelettstruktur derartiger Testpuppen verhältnismäßig starke Schweißkonstruktionen sind. Deshalb waren die bisher erzielbaren Ergebnisse oft nicht zufriedenstellend, weil bei stärkeren Zusammenstößen Deformationen der Skelettstruktur und entsprechende Änderungen der Reibungswerte verursacht wurden. Ferner zeigen derartige Gelenke ein beträchtlich unterschiedliches Verhalten bei größeren Bewegungsbereichen der Teile des Gliederbaus. Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung, Schwierigkeiten der genannten Art möglichst weitgehend zu vermeiden.

Diese Aufgabe wird bei einem Friktionsgelenk der eingangs genannten Art durch den Gegenstand der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Anzahl von ringförmigen Friktionsscheiben in einem Gehäuse parallel, koaxial und nicht verdrehbar, aber in axialer Richtung relativ zu dem Gehäuse verschiebbar angeordnet sind. Ein verdrehbarer Schaft erstreckt sich durch das Gehäuse und trägt eine Anzahl von weiteren, parallel und koaxial angeordneten ringförmigen Scheiben. Diese Scheiben sind nicht drehbar, sondern

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axial verschiebbar zu dem Schaft angeordnet und liegen zwischen den Friktionsscheiben. Ferner ist eine Einrichtung vorgesehen, um eine axiale zusammendrückende Kraft auf ein Ende der ersten und zweiten Scheiben auszuüben, so daß eine geeignete Reibung eingestellt werden kann.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht eines Friktionsgelenks gemäß der

Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht des Friktionsgeleriks in Fig. 1 aus der entgegengesetzten Richtung;

Fig. 3 einen Querschnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2; Fig. 4 einen Querschnitt entlang der"Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 einen Querschnitt entlang der Linie 5-5 in Fig. 3; und

Fig. 6 einen Querschnitt durch ein abgewandeltes Ausführung sbeispiel eines Friktionsgeleriks gemäß der Erfindung.

Das in Fig. 1-5 dargestellte Ausführungsbeispiel ist beispielsweise als Ellbogen- oder Kniegelerik verwendbar. Es besteht aus einem im wesentlichen zylindrischen Gehäuse 10 mit sich radial erstreckenden Flanschen 12, 14, an denen Deckplatten 16, 18 durch Schrauben 20 eingeschraubt sind. An der Unterseite des Gehäuses 10 bei Betrachtung der Fig. 1-3 ist ein kastenförmiges Glied 22 angeschweißt, welches ein Glied des Gliederbaus ist. Die Innenseite des Gehäuses 10 begrenzt eine Anzahl von in Umfangsrichtung getrennten axialen Nuten 24 (Fig. 4 und 5). Die Deckplatten 16, 18 begrenzen ausgerichtete axiale Öffnungen, durch welche eine Stummelwelle 26 hindurchragt.

Wie am besten aus Fig. 3 ersichtlich ist, erstreckt sich die Stummelwelle 26 vollständig durch das zylindrische Gehäuse und hat am linken Ende einen sechseckigen Kopf 28, der mit einer sechseckigen Öffnung 30 in einer Stange 32a in Eingriff steht. Die Stange 32a bildet zusammen mit einer parallelen Stange 32b das andere Glied des Gliederbaus des Gelenks. Die Stummelwelle

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26 ist an der Stange 32a durch eine Schachtschraube 34 mit einem großen Kopf befestigt- Das Gehäuse 10 und die Stange 32a sind mit Hilfe eines ringförmigen Abstandshalters 36 in einem Abstand voneinander und verdrehbar angeordnet. Am rechten Ende in Fig. 3 erstreckt sich die Stummelwelle 26 durch eine Hülse 38 mit einem Flansch 40, der mit der Stange 32b durch Schrauben 42 verschraubt ist. Die Hülse 3 8 ist relativ zu der Stummelwelle 26 verdrehbar und wird auf dieser durch einen geteilten Klemmring 44 zurückgehalten.

. Die Stummelwelle 26 hat auf der rechten Seite in Fig. 3 eine Gewindebohrung 46 und eine weiter links liegende Bohrung 48. Die Gewindebohrung 46 und die Bohrung 48 sind durch eine Querbohrung 50 voneinander getrennt. Der Teil der Stummelwelle 26, der zwischen der Querbohrung 50 und der Deckplatte 16 liegt, hat eine Anzahl von sich in radialer Richtung erstreckenden Vorsprüngen 52, wie am besten aus den Fig. 4 und 5 ersichtlich ist.

Das Gehäuse 10 und die Stummelwelle 26 sind durch eine Anzahl von dazwischenliegenden Scheiben verbunden. Diese umfassen eine Anzahl von ringförmigen Faserscheiben 54, die an ihrem Außenumfang Zähne 56 aufweisen, die in Eingriff mit den Nuten 24 des Gehäuses 10 stehen. Die zentrale Öffnung 58 in jeder dieser ringförmigen Scheiben ist so groß, daß in der aus Fig. 4 ersichtlichen Weise ein Zwischenraum gegenüber dem zentralen Teil der Stummelwelle 26 freibleibt.

Zwischen den Fiberscheiben 54 sind eine Anzahl von ringförmigen Metallscheiben 60 angeordnet. Der Außendurchmesser der Metallscheiben 60 ist klein genug, um einen Eingriff mit dem Gehäuse 10 zu vermeiden, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist. Die Innenkanten dieser Scheiben begrenzen Nuten 62 zur Aufnahme der Vorsprünge 52. Daraus ist ersichtlich, daß die Fiberscheiben 54 mit dem Gehäuse 10 und die Metallscheiben 60 mit der Stummelwelle 26 verbunden sind.

In dem Gehäuse 10 und am rechten Ende des verkeilten Teils der Stummelwelle 26 ist ein kiELsförmiger Druckflansch 64 angeordnet. Der Flansch 64 umgibt die Stummelwelle 26 und ist in axialer Richtung darauf verschiebbar. Die Innenfläche des Flansch

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64 trägt eine kreisförmige Schulter 66, die gegen das äußerste Ende der Metallscheiben 60 anliegt. Der Flansch 64 hat eine Querbohrung zur Aufnahme eines Verbindungsstifts 68, der auch durch die Querbohrung 50 der Stummelwelle 26 ragt. Der Durchmesser des Stifts 68 ist jedoch kleiner als derjenige der Bohrung 50. Eine nach außen gerichtete Kraft wird gegen den Stift 68 durch eine Feder 70 über einen verschiebbaren Zapfen 71 ausgeübt. Der Federkraft der Feder 70 wirkt jedoch eine Stellschraube 72 entgegen, die in die Gewindebohrung 46 eingeschraubt istund an dem Stift 68 angreift.

Durch die Einstellung der Stellschraube 72 können der verbindende Stift 68 und der Druckflansch 64 zu oder weg von der Anordnung von Fiberscheiben und Metallscheiben gedrückt werden. Auf diese Weise ist die Reibung zwischen den Scheiben einstellbar. Der gesamte Mechanismus zur Einstellung der Reibung wird von der Stange 32 getragen, weshalb die parallele Anordnung der Stangen 32a und 32b nicht kritisch ist. Es ist ferner ersichtlich, daß die Scheiben vollständig in dem Gehäuse 10 enthalten sind. Dadurch ist eine Verschmutzung oder ein sonstiger Eintritt von Fremdsubstanzen verhindert.

Um die Reibung bei dem Ausführungsbeispiel in den Fig. 1-5 einstellen zu können, muß die Achse des Geleriks beispielsweise für einen Schraubenzieher zugänglich sein, der in die Gewindebohrung 46 der Stummelwelle 26 eingesetzt werden kann. In gewissen Fällen ist jedoch eine derartige Einstellung nicht zweckmäßig. Beispielsweise ist das drehbare Halsgelenk einer Testpuppe nicht

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ohne weiteres in axialer Richtung zugänglich,.falls der Kopf der Puppe nicht abgebaut werden kann oder zumindest teilweise entfernbar ist.

Fig. 6 betrifft ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung, wobei die axiale Reibungseinstellung von der Gelenkseite her erfolgen kann. Einander entsprechende Teile sind in Fig. 6 mit den gleichen Bezugszeichen und zusätzlich mit einem Strich versehen. Die hauptsächlichen Unterschiede bestehen darin, daß der Kopf 28' in einer entsprechenden Öffnung in einem Glied 74 angeordnet ist, das um die vertikale Achse verdrehbar ist. Das Gehäuse 10' ist auf einem unteren Rahmen 76 angeordnet.

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Bei diesem Ausfuhrungsbeispiel ist kein Verbindungsstift, vorgesehen und der Druckflansch ist ebenfalls etwas abgewandelt. Der Druckflansch 78 hat eine gewölbte Außenfläche, an der ein Arm eines Winkelhebels 80 angreift, der an einem Drehzapfen 82 an dem Gehäuse 10' angeordnet ist. Der andere Arm des Winkelhebels trägt eine Stellschraube 84, die an dem Gehäuseflansch 12' angreift. Eine Einstellung der Stellschraube 84 bewirkt, daß der Winkelhebel um den Zapfen 82 verschwenkt wird und die Kraft gegen den Druckflansch 78 erhöht oder erniedrigt wird, wodurch dLe Reibung des Gelenks wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel eingestellt werden kann. Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, daß eine kleine Öffnung in der Seite des Halsteils der Puppe eine Einstellung des Gelenks ermöglicht, ohne daß die Achse des Gelenks zugänglich sein muß.

Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen sind nur zwei Sätze von Scheiben erforderlich, nämlich ein Satz Fiberscheiben und ein Satz Metallscheiben. Die Scheiben des einen Satzes sind mit der Stummelwelle und die Scheiben des anderen Satzes mit dem

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Gehäuse verkeilt. Die Scheiben sind abwechselnd nebeneinanderliegend angeordnet. Wenn eine zusätzliche Festigkeit erwünscht ist, können beide Sätze von Scheiben Metallscheiben sein. In diesem Fall kann ein dritter Satz von Fiberscheiben zusätzlich Verwendung finden. Die Fiberscheiben werden dann weder mit der Stummelwelle noch mit dem Gehäuse verkeilt, sondern dienen lediglich als Friktionselemente, welche die Metallscheiben voneinander trennen.

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Claims (10)

1. Patenten Sprüche

   l.j Frktionsgelenk mit Friktionsscheiben zur Einstellung der Reibung, insbesondere für eine Testpuppe, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (10), durch eine Anzahl von parallel und koaxial in dem Gehäuse angeordneten ringförmigen Friktionsscheiben (54), die relativ zu dem Gehäuse nicht drehbar, aber in axialer Richtung verschiebbar sind, durch eine durch das Gehäuse ragende Stummelwelle (26), durch einen zweiten Satz von parallel und koaxial angeordneten ringförmigen Friktionsscheiben (60), die relativ zu der Stummelwelle nicht verdrehbar, aber in axialer Richtung verschiebbar sind und zwischen dem ersten Satz von Friktionsscheiben angeordnet sind, und durch eine Einrichtung zur Ausübung einer veränderlichen, in axialer Richtung zusammendrückenden Kraft auf ein Ende der Anordnung der Friktionsscheiben*
2. 2. Friktiönsgelerik nach Anspruch 1, dadurch gekennz e ich net, daß die Einrichtung zur Ausübung einer Kraft ein Druckflansch (64) ist, und daß eine Einrichtung zur Einstellung der Lage des Druckflansches vorgesehen ist, um eine veränderliche Kraft auf die Friktionsscheiben auszuüben.
3. 3. Friktionsgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Verbindungsstift (68) an dem Druckflansch (64) befestigt ist, der sich durch eine Querbohrung (50) in der Stummelwelle (26) erstreckt, und daß eine Stellschraube (72) in einem Innengewinde (46) in der Stummelwelle gegen den Verbindungsstift (68) verdrehbar ist.
4. 4. Friktionsgelenk nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Winkelhebel (80) ah dem Gehäuse angelenkt ist, von dem ein Arm sich über das Ende der Stummelwelle erstreckt und auf dem Druckflansch angreift, und von dem sich ein zweiter Arm entlang dem Gehäuse erstreckt, und daß eine Stellschraube (84) in den zweiten Arm eingeschraubt ist, die an dem Gehäuse angreift.

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5. 5. Friktionsgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse im wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und auf der Innenseite axial verlaufende Nuten (24) aufweist/ und daß der erste Satz von Friktionsscheiben (54) entlang des Außenumfangs Vorsprünge (56) aufweist, die in die Nuten (24) ragen.
6. 6. Friktionsgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stummelwelle (26) eine Anzahl von sich in axialer Richtung erstreckenden VorSprüngen (52) aufweist, die in Nuten (62) entlang dem Innenumfang der ringförmigen Friktionsscheiben (60) eingreifen.
7. 7. Friktionsgelenk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Satz aus metallischen und der andere Satz aus nichtmetallischen ringförmigen Friktionsscheiben besteht.
8. 8. Friktionsgelenk nach einem der vorhergehenden Ansprüche, g e kennze ichnet durch ein erste angelenktes Glied mit zwei im wesentlichen zueinander parallel angeordneten getrennten Gliedern, durch eine Stummelwelle, deren eines Ende an dem ersten Stützglied starr angeordnet ist und deren zweites Ende sich durch das zweite Stützglied, erstreckt und drehbar daran gelagert ist, durch ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse, das drehbar an der Stummelwelle zwischen den beiden Stützgliedern angeordnet ist, durch ein zweites angelenktes Glied, das mit dem Gehäuse verdrehbar verbunden ist, durch eine Anzahl von parallel und koaxial angeordneten ringförmigen Friktionsscheiben, die auf der Stummelwelle in axialer Richtung verschiebbar, aber relativ dazu nicht verdrehbar sind, durch eine zweite Anzahl von parallel und koaxial angeordneten ringförmigen Friktionsscheiben in dem Gehäuse, die axial verschiebbar, aber relativ dazu verarehbar sind und zwischen den ersten Friktionsscheiben angeordnet sind, durch einen auf dem zweiten Ende der Stummelwelle in dem Gehäuse verschiebbar angeordneten Druckflansch, der gegen die Friktionsscheiben drückt, und durch eine Einstelleinrichtung, die an dem zweiten Ende der Stummelwelle angreift und in axialer Richtung gegen den Druckflansch vorschiebbar ist.

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9. 9. Friktionsgelenk nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung eine elastische Einrichtung enthält, deren Federkraft der Bewegung des Druckflansches zu dem ersten Ende der Stummelwelle entgegenwirkt.
10. 10. Friktionsgelenk nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein erstes, um eine Achse verdrehbares Gelenkglied, an dem eine Stummelwelle mit einem Ende starr angeordnet ist und sich entlang der Achse erstreckt, durch ein im wesentlichen zylindrisches Gehäuse, das um die Stummelwelle verdrehbar ist und eine erste Deckplatte aufweist, die die Stummelwelle an ihrem ersten Ende umgibt, während eine zweite Deckplatte getrennt von dem anderen Ende der Stummelwelle angeordnet ist, durch ein zweites an dem Gehäuse befestigtes Gelenkglied, durch eine Anzahl von parallel und koaxialen Fr iktions scheiben, die :ain der Welle axial verschiebbar, aber relativ dazu nicht verdrehbar sind, durch eine Anzahl von parallel und koaxial angeordneten Friktionsscheiben, die in axialer Richtung in dem Gehäuse verschiebbar, aber relativ dazu nicht drehbar sind und zwischen den ersten Friktionsscheiben in abwechselnder Reihenfolge angeordnet sind, durch einen Druckflansch an dem anderen Ende der Stummelwelle, die gegen die Friktionsscheiben anliegt, durch einen Winkelhebel, der an dem Gehäuse angelenkt ist und dessen einer Arm sich in das Gehäuse gegen den Druckflansch erstreckt, während sich dessen zweiter Arm in das Gehäuse erstreckt, und durch eine Einrichtung zur wahlweisen Verstellung des zweiten Arms zur Einstellung der Kraft, die durch den ersten Arm gegen den Druckflansch ausgeübt wird.

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