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Anordnung zur Verringerung der Aufprallenergie eines Gegenstandes
durch Reibung, insbesondere für die Stoßfängeranordnung eines Fahrzeuges DieErfindung
betrifft eine Anordnung zur Verripgerwi-g der Aufprallenergie eines Gegenstandes
durch Reibung mit zumindest einem äußeren Reibkörper aus elastisch deformierbarem
Material, der eine längs einer Mantelfläche eines inneren Reibkörpers bei einem
Aufprall reibend gleitende Innenfläche besitzt. Eine derartige Anordnung, die insbesondere
für die Stoßfängeranordnung eines Fahrzeuges Einsatz finden soll, aber auch zum
Schutz artsfester Gegenstände verwendet werden kann, ist aus der DAS t 952 119,
63 c-70, in der Form bekannt, daß in einem mit elastischem Material relativ großer
Wandstärke ausgekleideten Zylinder ein'hikonischer Kopf einer Stange gleitet, der
also aus demselben Material wie die Stange besteht und steif ist. Bei dieser bekannten
Sicherheitsanordnung für Fahrzeuge erfolgt aber der Energieverzehr in erster Linie
durch Verschieben der elastischen Auskleidung mittels des Kopfes an der Stange,
und infolge der gewählten Form des Kopfes wird dieser trotz eines bestimmten Verlaufs
der Stärke der Auskleidung längs der Achse der Anordnung in jeder Lage festgehalten
werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung
der
eingangs genannten Art zu schaffen, bei der in Abweichung von dieser bekannten Anordnung
nach Beendi6upg des Aufpralls infolge der elastischen Eigenschaften der verwendetel
Teile eine selbsttätige Regeneration der Anordnung auftritt. Die erfindungsgemäße
Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, daß sich vor dem Aufprall der
innere und der aus einem elastisch dehnbaren Material bestehende äußere Reibkörper
nur teilweise umgeben und die Innenfläche sowie die Manteifläche sich in Aufprallrichtung
verringernde oder vergrößernde Abmessungen quer zu dieser Richtung weisen, so daß
durch den Aufprall der innere Reibkörper unter elastischer Aufweitung des äußeren
Reibkörpers weiter in diesen hineingedrückt wird.
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Bei der Erfindung findet demgemäß elastisches Material mindestens
für den äußeren Reibkörper Verwendung, wobei im Rahmen der Anordnung - um dies vorwegzunehmen
-jede beliebige Anzahl von inneren und äußeren Reibkörpern zu einer Anordnung zusammengesetzt
sein kann. Größe und Anzahl der verwendeten Reibkörper sind bestimmt durch den jeweiligen
Anwendungsfall, nämlich durch die Größe der auftretenden Aufprallenergie und die
verlangte Umsetzung der kinetischen Energie in Wärme durch Reibung und durch elastische
Deformation der Reibkörper.
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Zweckmäßigerweise ist der innere Reibkörper so ausgebildet, daß er
mit zwei äußeren Reibkörpern zusammenwirkt. Dies kann dadurch geschehen, daß der
innere Reibkörper zwei in Aufprallrichtung aufeinanderfolgende Mantelflächen aufweist,
deren
Querabmessungen sich in Richtung auf die jeweils benachbarte Stirnfläche des Reibkörpers
verringern und denen jeweils ein äußerer Reibkörper zugeordnet ist.
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Unabhängig von dieser Lösungsvariante oder in Kombination mit dieser,
d. h. in Kombination mit dem Vorsehen von zwei mit jeweils einem inneren Reibkörper
zusammenwirkenden äußeren Reibkörpern, kann die Konstruktion auch so getroffen werden,
daß mit einem äußeren Reibkörper zwei innere Reibkörper zusammenwirken. Die entsprechende
ausführungsformder Erfindung ist dadurch charakterisiert, daß der äußere Reibkörper
zwei in Aufprallrichtung aufeinanderfolgende Innenflächen aufweist, deren Querabmessungen
sich in Richtung auf die jeweils benachbarte Stirnfläche des Reibkörpers vergrößern
und denen jeweils ein innerer Reibkörper zugeordnet ist.
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Verständlicherweise wird man in der Regel diese beiden zuletzt beschriebenen
Ausführungsformen der Erfindung kombinieren, so daß man also längs der Achse der
Anordnung, die sich in Aufprallrichtung erstreckt, eine abwechselnde Aufeinanderfolge
von inneren und äußeren Reibkörpern vorfindet.
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Damit nach Beendigung des Aufpralls, also nach Fortfall der die Anordnung
zusammenstauchenden Kraft, eine selbsttätige Regenerierung sichergestellt ist, d.
h. die inneren Reibkörper sich wieder bis zu ihrer Ausgangslage aus den äußeren
Reibkörpern bei deren erneuter Zusammenziehung herausdrücken lassen, wird man die
Abmessungen der inneren Reibkörper in Aufprallrichtung derart größer wählen als
die entsprechende Abmessungdes zugeordneten äußeren Reibkörpers, daß bei mit ihren
einander zugekehrten Stirnflächen infoige des Aufpralls aufeinanderliegenden inneren
Reibkörpern diese
nur mit den diesen Stirnflächen benachbarten
Mantelflächen innerhalb des äußeren Reibkörpers liegen. Dann ist sichergestellt,
daß die äußeren Reibkörper auch bei dem maximalen Aufprall, für den die Anordnung
ausgelegt ist, nicht aufeinanderliegen und dann auch die durch das Aneinanderstoßen
der Mantelflächen in jedem der inneren Reibkörper gebildeten ScheitelbereicS des
Umfangs desselben umgeben.
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Dieser Scheitelbereich kann sich nämlich in das Material des äußeren
Reibkörpers eindrücken, so daß die Trennung der beiden Reibkörper nach Beendigung
des Aufpralls nicht sichergestellt ist.
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Die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht eine rotationssymmetrische
Anordnung vor, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Reibkörper als Ringe ausgebildet
sind und die Mantelflächen sowie die Innenflächen zumindest annähernd die Form von
bezüglich der Mittelebene des betreffenden Reibkörpers symmetrischen Kegelstumpfmänteln
haben.
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Ein Ausführungsbeispiel der zuletzt beschriebenen Ausführungsform
der Erfindung zeigen die Figuren 1 und 2 anhand von zwei horizontalen' Schnitten
durch eine Anordnung, die im Rahmen einer Stoßfängeranordnung für ein Kraftfahrzeug
eingesetzt ist, wobei sich Figur 1 auf den normalen Betriebszustand und Figur 2
auf den Zustand der Anordnung bei einem Aufprall bezieht. Figur 3 schließlich veranschaulicht
die Abhängigkeit des Federwegs f der Anordnung in Abhängigkeit von der durch den
Aufprall ausgeübten Kraft K, und zwar Kurve a während des Aufpralls, also bei Zunahme
der Kraft K, und b nach Beendigung des Aufpralls, also während des Abbaus der Kraft
K und damit während der Rückkehr der einzelnen Elemente der erfindungsgemäßen Anordnung
in ihre Ausgangslage.
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Von den übrigen Teilen der Stoßfängeranordnung sind lediglich
in
Figur 1 der Bestandteil 1 der Stoßstange, der an dieser in irgendeiner Weise befestigte
Haltebolzen 2 sowie der Bestandteil 3 beispielsweise des Chassis eines mit der Anordnung
ausgerüsteten Kraftfahrzeugs bezeichnet. In diesem Ausführung beispiel enthält die
erfindungsgemäße Anordnung zwei ringförmige innere Reibkörper 4 und 5 sowie zwei
ebenfalls ringförmige äußere Reibkörper 6 und 7; alle Reibkörper bestehen aus einem
elastischen Kunststoff oder einem gummielastischen Werkstoff, woraus sich als wesentliche
Vorteile Wartungsfreiheit und der Entfall eines besonderen Korrosionsschutzes ergeben.
Dabei sind die inneren Reibkörper 4 und 5 mit jeweils zwei Mantelflächen 8, 9 bzw.
10, 11 versehen, wobei die Mantelflächen jedes Reibkörpers, ausgehend von einem
mittlere Scheitelbereich 12 bzw. 13 des Umfangs des åeweiligen Reibkörpers 4 oder
5, ihre Abmessungen quer zur Achse 14 der Anordnung in Richtung auf die jeweils
benachbarte Stirnfläche des jeweiligen Reibkörpers 4 bzw. 5 verringern.
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Von diesen Stirnflächen sind nur die einander zugekehrten Stirnflächen
15 und 16 mit Bezugszeichen versehen.
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Betrachtet man die Form der Mantelflächen 8 und 9 sowie 10 und 11,
so sind sie ähnlich Kegelstumpfmänteln mit dem Unterschied, daß in Richtung der
Achse 14 eine gewisse Krümmung vorhanden ist.
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Die äußeren Reibkörper 6 und 7 besitzen nun ebenfalls jeweils zwei
Innenflächen 17, 78 bzw. 19, 20, von denen die Innenflächen 17, 18 und 19 jeweils
einer der Mantelflächen 9, 10 und 11 zugeordnet sind. In diesem Ausführungsbeispiel
ist als Form für alle diese Innenflächen diejenige eines Kegelstumpfmantels gewählt.
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Wie Figur 1 erkennen läßt, die sich auf den Normalzustand der Anordnung,
d. h. vor einem Aufprall, bezieht, sind die Querabmessungen der Innenflächen und
der Mantelflächen so gewählt, daß in diesem Zustand die Mantelflächen und die Innenflächen
sich
nur in einem relativ kleinen axialen Bereich berühren Tritt dagegen ein in Figur
2 durch die Kraft P angedeuteter Aufprall auf, so werden die inneren Reibkörper
4 und 5 weiter in die äußeren Reibkörper 6 und 7 hineingeschoben, wobei ein Energieverzehr
sowohl durch Reibung zwischen den zusammenwirkenden Mantel- und Innenflächen als
auch durch Deformationsarbeit, nämlich durch Aufweiten der ringförnigen äußeren
Reibkörper 6 und 7, erfolgt. Diese Aufweitung der äußeren Reibkörper 6 und 7 ist
in den Figuren 1 und 2 dadurch angedeutet, daß der äußere Durchmesser dieser Reibkörper
im Ruhezustand den Betrag d, dagegen im betätigten Zustand der Anordnung den größeren
Betrag D besitzt.
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Zweck Vergrößerung der Reibarbeit können die inneren oder äußeren
Reibkörper oder ein Teil der inneren oder äußeren Reibkörper geschlitzt sein. Diese
geschlitzten Reibkörper kommen bei Aufbringung der Belastung durch Stauchung (innerer
Reibkörper) oder Aufweitung (äußerer Reibkörper) zur Anlage an der Führungsstange
2 oder an dem Führungsrohr 21 und verrichten Reibarbeit.
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Auch bei ungeschlitzten Innen- und Außenringen kann die Reibung an
der Führungsstane oder dem Führungsrohr ausgenutzt werden zur Erzeugung zusätzlicher
Reibarbeit.
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Tritt nun derjenige Aufprall auf, für den die Anordnung maximal ausgelegt
ist, so kommen infolge entsprechender Dimensionierung der Einzelteile der Anordnung
die Stirnflächen 15 und 16 der inneren Reibkörper 4 und 5 zur Auflage aufeinander,
wodurch sichergestellt wird, daß die Scheitelbereiche 12 und 13 der.Umfangsflächen
der inneren Reibkörper nicht innerhalb des jeweiligen äußeren Reibkörpers zu liegen
kommen.
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Hierdurch würde die selbsttätige Regenerierung nach Beendigung des
Aufpralls behindert werden.
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Bei der Erfindung werden also zwar elastische und damit Energie speichernde
Elemente verwendet, jedoch zeigt der in Figur 3 wiedergegebene Verlauf der Kraft
über den Federweg, daß durch die elastische Regeneration der Anordnung Kurve b nach
Überwindung der Reibung erheblich unterhalb der Kurve a verläuft, die ein Maß für
die zugeführte kinetische Energie ist.
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Die relativ große Fläche zwischen den Kurven a und b entspricht also
der in Reibarbeit umgesetzten kinetischen Energie.